СТ РК ИСО 13624-1. Промышленность нефтяная и

СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
ГОСУДАРСТВЕНЫЙ СТАНДАРТ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Промышленность нефтяная и газовая
БУРОВОЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Часть 1
Проектирование и эксплуатация водоотделяющей колонны
для морского бурения
Дата введения ______
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на проектирование, оценку, эксплуатацию и
обслуживание систем водоотделяющих колонн для морского бурения. Настоящий
стандарт устанавливает требования при проектировании, отборе элементов, также при
использовании и эксплуатации оборудования на плавучих буровых установках;
полагается на основные принципы проектирования и накопленный опыт морских
операторов, пользователей и производителей оборудования.
ПРИМЕЧАНИЕ Техника и методика эксплуатации данного оборудования улучшается и развивается.
Пользователи и операторы могут приводить рекомендации, представленные в виде общих принципов, и
дополнять в соответствии с установленной методикой, которая может привести к более выгодной,
безопасной и/или надежной работе.
Водоотделяющая колонна представляется в виде системы. Проектировщикам,
пользователям и операторам необходимо учесть, что отдельные элементы отбираются
определенным способом, подходящим для эффективности работы системы. C этой целью
требования настоящего стандарта к водоотделяющей колонне включают систему
натяжного и иного оборудования: от верхнего узла гибкой муфты (шарового шарнира) до
устья скважины (за колонной). Данная система не включает отклонитель потока.
Применение
настоящего
стандарта
ограничивается
операциями
с
блоком
противовыбросовых превенторов (BOP), проводящихся на морской поверхности.
Требования настоящего стандарта от Раздела 1 до Раздела 7 применимы для
бурения морских скважин на плаву. Определенные ситуации, приведенные в 8.1 и 8.4,
распространяются при бурении на глубоководье или при повреждениях системы. В 8.2
приводятся рекомендации при бесканатной системе бурения. Требования при
эксплуатации в холодных погодных условиях и наличии H2S приведены в 8.3 и 8.5.
Настоящий стандарт распространяется на элементы водоотделяющей колонны под
основной нагрузкой, в ISO 13625 приводятся классификации данных нагрузок.
2 Нормативные ссылки
Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные
нормативные документы:
Проект, редакция 1
1
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
СТ РК 1.9-2007 Государственная система технического регулирования Республики
Казахстан. Порядок применения международных, региональных и национальных
стандартов иностранных государств, других нормативных документов по
стандартизации в Республике Казахстан.
ISO 13625:2002*, Petroleum and natural gas industries — Drilling and production
equipment — Marine drilling riser couplings (Промышленность нефтяная и газовая. Буровое
и эксплуатационное оборудование. Муфты соединительные водоотделяющих колонн для
бурения морских скважин);
BS 7910:2005*, Guide to methods for assessing the acceptability of flaws in metallic
structures (Руководство по способам оценки приемлемости дефектов в металлических
конструкциях).
ПРИМЕЧАНИЕ При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие
ссылочных стандартов по ежегодно издаваемому информационному указателю «Нормативные документы
по стандартизации» по состоянию на текущий год и соответствующим ежемесячно издаваемым
информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен
(изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным
(измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана
ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины, определения и сокращения
3.1 Термины и определения
В настоящем стандарте применяются следующие термины с соответствующими
определениями:
3.1.1 Аккумулятор (BOP) (accumulator (ВОР): Ёмкость высокого давления,
наполненная газом (азотом) с жидкостью и используемая для хранения рабочей жидкости
гидросистемы под давлением для работы противовыбросовых превенторов.
3.1.2 Аккумулятор (натяжного устройства) (accumulator (riser tensioner): Ёмкость
высокого давления, наполненная газом (азотом) с жидкостью, герметизированной сжатым
газом и поддерживающей высокое давление рабочей жидкости гидросистемы, для
питания системы натяжного устройства водоотделяющей колонны.
3.1.3 Гидропривод (actuator): Механизм автоматического управления клапанами
или штуцерами.
3.1.4 Плавучесть (air-can buoyancy): Нагрузка в водоотделяющей колонне,
соответствующая выталкивающей силе в воздушной камере, снабженной цилиндром с
закрытой крышкой, открывающимся клапаном и образующей заполненное воздухом
пространство за пределом трубы водоотделяющей колонны.
3.1.5 Кольцевое пространство (annulus): Пространство между двумя трубами, одна
из которых находится внутри другой.
3.1.6 Кажущаяся масса, рабочая объемная масса, масса тела в жидкости
(apparent weight, effective weight, submerged weight): Разность массы и выталкивающей
силы.
ПРИМЕЧАНИЕ Термин «кажущаяся масса» относится к словам «масса тела в воде», «масса тела во
влажном состоянии», «масса тела в жидкости» или «рабочая объемная масса».
___
* Применяется в соответствии с СТ РК 1.9.
2
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
3.1.7 Вспомогательная линия (auxiliary line): Наружный трубопровод (не включая
линий штуцерной и глушения), установленный паралельно главной водоотделяющей
колонне, для прохода потока жидкости.
ПРИМЕР Трубопровод гидросистемы, линия регулировки плавучести, линия подъема бурового
раствора.
3.1.8 Обратное давление (back pressure): Давление, препятствующее потоку
жидкости.
3.1.9 Шаровый шарнир (ball joint): Шаровый элемент, имеющий центральное
отверстие, которое равно или больше внутреннего диаметра, также который может быть
расположен в водоотделяющей колонне с целью уменьшения локального напряжения.
3.1.10 Выброс (blowout): Открытое фонтанирование флюида из ствола скважины.
3.1.11 Противовыбросовый превентор (blowout preventer), BOP: Устьевое
оборудование, обеспечивающее перекрытие контактным управляемым уплотнителем
стволового прохода.
3.1.12 Противовыбросовый превентор (кольцевой) (blowout preventer (annular
type): Превентор, уплотнитель которого выполнен в виде кольца, концентричного
стволовому проходу.
ПРИМЕЧАНИЕ Уплотнение армированного эластомера герметизирует элемент посредством
гидравлического давления.
3.1.13 Блок BOP (ВОР stack): Часть противовыбросового оборудования,
включающая превенторы и соединяющие их детали, устанавливаемые на устье – кольца,
клапаны, гидравлические соединители и ниппели.
ПРИМЕЧАНИЕ Нижний соединительный узел водоотделяющей колонны (LMRP) может включать
примение хлопка.
3.1.14 Забойный блок (bottom-hole assembly), ВНА: Комплект бурильной колонны,
состоящий из долота, стабилизаторов, расширителей, переходных муфт и других
элементов, соединенных в нижней части.
3.1.15 Коробка (box): Элемент с муфтовым отводом водоотделяющей колонны,
муфтовый стыковочный узел линий штуцерной и глушения скважины, либо
вспомогательной линии.
3.1.16 Затворная соединительная муфта (breech-block coupling): Муфта,
полученная соединением одной части с другой под углом вращения менее 90о.
3.1.17 Линия балластировки (buoyancy-control line): Второстепенная линия,
предназначенная для контроля, закачки камер для поддержания плавучести.
3.1.18 Оборудование плавучести (buoyancy equipment): Дополнительные
устройства, предназначенные для трубной секции водоотделяющей колонны с целью
уменьшения и кажущейся массы, и, впоследствии, значений предельного натяжения.
ПРИМЕЧАНИЕ Данные устройства используются из заменяемых материалов с наполнителем из
полых частиц или открытых воздушных камер.
3.1.19 Линия глушения, штуцерная линия (choke-and-kill line): Наружный
трубопровод, расположенный с фронтальной части трубы водоотделяющей колонны, и
3
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
используемый для циркуляции жидкости внутри и снаружи ствола скважины с целью
управления давлением.
3.1.20 Коллектор управления (control pod): Устройство для управления донным
BOP с бурового основания.
3.1.21 Муфтовое соединение (coupling): Механическое, сквозное соединение двух
секций труб водоотделяющей колонны.
3.1.22 Отводное устройство (diverter): Устройство, предназначенное для устьевого
оборудования или водоотделяющей колонны с целью перекрытия вертикального потока
пластового флюида и его отвода от буровой установки.
3.1.23 Соединение путем защелкивания (dog-type coupling): Соединительная
муфта, имеющая зажимы, действующие по принципу клина, управляемые между
замковой муфтой и шплинтом для захвата.
3.1.24 Рабочий шланг (drape hose): Гибкий шланг, соединяющий элементы линии
глушения, штуцерной или вспомогательной линий в телескопический узел (соединение)
соответствующего трубопровода бурильной установки.
ПРИМЕЧАНИЕ U-образное колено шланга позволяет выполнять действия между внутренней и
внешней трубой телескопического соединения.
3.1.25 Сдвиг (drift-off): Непреднамеренное поперечное смещение с динамической
стабилизацией основания вследствие потери контроля и удержания оборудования устья
скважины, и поступательного движения;
3.1.26 Промывочная жидкость, раствор (drilling fluid, mud): Водный или нефтяной
флюид, циркулирующий внутри бурильной колонны от отстойника до буровой вышки с
целью образования давления, удаления выбуренной породы, смазывания долота,
нагревания и охлаждения стенок скважин, а также обеспечения характеристик скважин;
3.1.27 Перегон (drive-off): Непреднамеренное смещение с динамической
стабилизацией основания, приведенное в действие поворотным движителем.
3.1.28 Динамическая стабилизация (автоматическое удержание) (dynamic
positioning (automatic stationkeeping): Автоматический контроль (удержание) основания,
управляемое поворотным движителем.
3.1.29 Предел динамического напряжения (dynamic tension limit): Максимально
допустимое давление, умноженное на эффективную гидравлическую площадь, и деленное
на количество элементов линии.
3.1.30 Площадь гидравлического цилиндра (effective hydraulic cylinder area):
Рабочая площадь движущихся элементов, подверженная гидравлическому давлению.
3.1.31 Эффективное напряжение (effective tension): Напряжение, контролирующее
стабильность водоотделяющей колонны. См 5.4.4.
3.1.32 Заводские приёмочные испытания (factory acceptance testing): Испытания
элементов, проводимые производителем с целью валидации требований.
3.1.33 Отказоустойчивость (fail safe): Определенный период работы оборудования
или системы, устройства которых предназначены, в случае сбоя или неисправности
элемента, для автоматической стабилизации и обеспечения безопасности операции.
3.1.34 Линия для закачивания бурового раствора в скважину (fillup line): Линия,
через которую флюид заполняет кольцевое пространство.
3.1.35 Фланцевое соединение (flange-type coupling): Муфта, имеющая два фланца,
соединяемых болтами.
3.1.36 Угол наклона (fleet angle): Угол между вертикальной осевой линией и линией
системы натяжения в точке, которая соединяет линии в телескопическое соединение. См.
Рисунок 1.
4
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
3.1.37 Гибкая муфта (flex joint): Соединение стали и эластомера, имеющее сквозное
отверстие, диаметр которого равен или больше диаметру проходного отверстия, и может
уменьшать местное напряжения на изгиб.
3.1.38 Колено стояка (gooseneck): Вид фитинга, имеющий отрезок трубы в форме
полукруга, для изменения направления потока на 180°.
3.1.39 Переход на бесканатную систему заканчивания (guidelineless re-entry):
Установление соединения под давлением между блоком BOP и устьем скважины
(подводным морским), либо между LMRP и блоком BOP, используя видеоизображения
или сигналы в качестве направляющего устройства для регулировки.
3.1.40 Оборудование для монтажа и спуско-подъемных работ (handling tool,
running tool): Приспособления, соединяющие края секций водоотделяющей колонны, для
спуска-подъема и составляющие систему в дерик-кране (подъемный кран) посредством
подъемников.
3.1.41 Качка (heave): Движение основания в вертикальном направлении;
3.1.42 Локальное пиковое напряжение (hot spot stress, lосаl peak stress): Высокое
напряжение в месте или на элементе при анализе.
ПРИМЕЧАНИЕ Пиковое напряжение является причиной незначительного искажения и имеет место
при образовании усталостной трещины. Данные напряжения локализуются и образуются при
геометрической неоднородности.
3.1.43 Гидравлическая соединительная муфта (hydraulic connector): Механический
соединитель, который приводится в действие гидравлически, соединяющий блок BOP и
устье скважины (подводным морским), либо LMRP и блок BOP.
3.1.44 Подающий трубопровод гидросистемы (hydraulic supply line):
Вспомогательная линия от основания до блока BOP (под водой), обеспечивающая
управление жидкостью блока BOP и LMRP.
3.1.45 Оборудованная секция водоотделяющей колонны (instrumented riser joint),
IRJ: Секция водоотделяющей колонны, оснащенная сенсорами для мониторинга давления
в трубе водоотделяющей колонны, температуры жидкости, смещения стояка, давления.
3.1.46 Внешний шланг (jumper hose): Гибкий элемент линий штуцерной,
вспомогательной или глушения, обеспечивающий непрерывный поток вокруг шарового
шарнира, также движение под углом.
3.1.47 Прихваты инструмента (key-seating): Углубления в виде продольного
отверстия в элементе системы водоотделяющей колонны, являющиеся результатом
вращения бурильной колонны в элементе.
3.1.48 Посадочный патрубок (landing joint): Секция водоотделяющей колонны,
временно соединенная над телескопическим узлом и используемая для спуска блока BOP
в устье скважины при разрыве данного узла.
3.1.49 Посадочный бурт, заплечик (landing shoulder, riser support shoulder):
Заплечик или выступ на внутренней поверхности соединения водоотделяющей колонны
или другой секции для опоры системы водоотделяющей колонны или блока BOP при
вводе в действие (или выводе).
3.1.50 Нижний соединительный узел водоотделяющей колонны (lower marine
riser package), LMRP: Верхняя часть двухсекционного блока BOP (под водой),
оснащенного гидравлическим соединителем, кольцевым BOP, адаптером водоотделяющей
колонны, внешним шлангом, линиями глушения и вспомогательной, и коллекторами
управления.
ПРИМЕЧАНИЕ LMRP соединяется с нижней подводной частью блока BOP.
5
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
3.1.51 Составная длина (made-up length): Фактическая длина, связывающая
составные элементы водоотделяющей колонны (общая длина соединенных частей).
3.1.52 Время на свинчивание и спуск колонны (make-up time, riser coupling):
Интервал времени с момента ввода конца трубы в муфту до полного соединения.
3.1.53 Инструмент для свинчивания (нагрузки) (make-up tool, preload tool):
Приспособление для нагрузки (предварительной нагрузки) элементов соединений.
3.1.54 Водоотделяющая колонна для бурения (marine drilling riser): Трубопровод,
применяемый как продолжение буровой скважины от оборудования на устье (скважины),
на морском дне до плавучей буровой установки.
3.1.55 Установка максимального напряжения (maximum tensioner setting):
Предельная установка напряжения, при добавлении динамических колебаний, значение
которой меньше, чем предел динамического напряжения (3.1.29).
3.1.56 Линия подачи промывочной жидкости (mud-boost line): Вспомогательная
линия на водоотделяющей колонне для подачи в нижнюю часть этой колонны бурового
раствора с целью увеличения скорости восходящего потока раствора и лучшего выноса
выбуренной породы.
3.1.57 Монтаж (nipple up): Сборка системы обработки жидкостей.
3.1.58 Номинальное напряжение (nominal stress): Напряжение, рассчитанное с
помощью соответствующих значений толщины стенки трубы водоотделяющей колонны.
3.1.59 Соединительная резьба (pin): Деталь соединения водоотделяющей колонны с
линиями штуцерной, глушения или вспомогательной в ниппельный и стыковочный узлы.
3.1.60 Предварительная нагрузка (prеlоad): Сжимающая нагрузка на опору,
образующаяся между элементами муфты и ниппеля на их сопряжении; завершающаяся
упругой деформацией, вызванной свинчиванием соединительной муфты.
ПРИМЕЧАНИЕ Данное действие достигается путем упругой деформации во время соединения.
3.1.61 Защитная пробка для муфты бурильного замка (protector, box; protector,
pin): Защитный колпак, используемый для предохранения соединения от повреждений при
хранении и обслуживании.
3.1.62 Укороченная труба (pup joint): Укороченная секция водоотделяющей
колонны.
3.1.63 Расчетная нагрузка (rated lоad): Номинальная прикладываемая нагрузка,
применяемая при проектировании, анализе и испытаниях соединительной муфты и
ниппеля, основанная на максимальной рабочей нагрузке. См. [144].
3.1.64 Оператор амплитуды отражения (response amplitude operator), RAO:
Отношение регулярных волн (амплитуды) к движению основания, и являющиеся
причиной сдвига, показывающий диапазон периода волн.
3.1.65 Адаптер водоотделяющей колонны (riser adapter): П-образное колено
трубопровода между водоотделяющей колонной и гибкой муфтой (шаровым шарниром).
3.1.66 Кольцевое пространство водоотделяющей колонны (riser annulus):
Пространство вокруг трубопровода (буровые, обсадные и насосно-компрессорные трубы).
ПРИМЕЧАНИЕ Внешняя граница кольцевого пространства является внутренней поверхностью труб
водоотделяющей колонны.
3.1.67 Соединитель водоотделяющей колонны, соединитель LMRP (riser
connector, LMRP connector): Элемент с гидравлическим приводом, соединяющий LMRP с
верхней частью блока BOP.
6
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
3.1.68 Разрыв водоотделяющей колонны (riser disconnect): Разблокировка
(разъединение) соединителей с целью отделения водоотделяющей колонны и LMRP от
блока BOP.
3.1.69 Система удержания водоотделяющей колонны (riser hang-off system):
Система, предназначенная для обеспечения неразрывности водоотделяющей колонны от
плавучего бурового основания без вызванного перенапряжения при неблагоприятных
условиях.
3.1.70 Элемент удержания водоотделяющей колонны (riser hang-off tool):
Инструмент, используемый для блокировки внутреннего профиля водоотделяющей
колонны, соединенный с компенсатором вертикальной качки.
3.1.71 Секция водоотделяющей колонны (riser joint): Элемент главного
трубопровода водоотделяющей колонны, оснащенный головками в виде муфты и
ниппеля, включающий линии штуцерную, глушения и вспомогательную (дополнительно)
и их держатели.
3.1.72 Главный трубопровод водоотделяющей колонны, труба водоотделяющей
колонны (riser main tube, riser pipe): Бесшовные или электросварные трубы, образующие
трубопроводы секций водоотделяющей колонны.
ПРИМЕЧАНИЕ Главный трубопровод водоотделяющей колонны является трубопроводом для
направления буровой колонны, через который проходит буровая жидкость из отстойника.
3.1.73 Система отдачи водоотделяющей колонны (riser recoil system): Система,
ограничивающая водоотделяющую колонну при разблокировке соединителя.
3.1.74 Спайдер водоотделяющей колонны (riser spider): Устройство, имеющее
выдвижные захваты или защелки, предназначенное для опоры водоотделяющей колонны
в верхнем соединении, удерживающее заплечиком при вводе в действие (выводе).
3.1.75 Водоотделяющая колонна (riser string): Соотвествующая установка секций
системы водоотделяющей трубы.
3.1.76 Натяжное устройство водоотделяющей колонны (riser tensioner):
Приспособление для обеспечения и поддержания предельного натяжения в используемой
водоотделяющей колонне с целью предотвращения изгиба.
3.1.77 Кольцо натяжного устройства (riser tensioner ring): Стык телескопического
соединения наружной трубы с натяжным устройством.
3.1.78 Роторный вкладыш для ведущей трубы (rotary kelly bushing), RKB:
Переводной ниппель (муфта), расположенный в верхней части роторного станка.
ПРИМЕЧАНИЕ Данный элемент передает крутящий момент от роторного станка к бурильной
колонне и используется для вертикальных элементов на буровой установке.
3.1.79 Стыковочный узел (stab): Соединение конца верхней трубы в муфту нижней,
обеспечивающее герметичность при двухтрубном стыке.
ПРИМЕЧАНИЕ Внешнее устройство используется для поддержания муфты и ниппеля.
ПРИМЕР Стыковочные узлы линий штуцерной и глушения (секций водоотделяющей колонны)
удерживается свинчиванием.
3.1.80 Стандартная секция водоотделяющей колонны (standard riser joint):
Элемент (секция), имеющий типичную длину для стоек бурового основания,
определенные размеры ворот вышки, мощность для манипуляционной техники или
определенные подъемные приспособления.
7
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
3.1.81 Штормовой разрыв (storm disconnect): Разъединение водоотделяющей
колонны с целью предотвращения перегрузки при движении основания при
неблагоприятных погодных условиях.
3.1.82 Пояса обшивки (strakes): Дополнительные приспособления со спиральной
намоткой, прикрепленные с наружной стороны водоотделяющей колонны, для удержания
при вибрации/колебании, вызванным вихреобразованием.
3.1.83 Коэффициент усиления напряжения (stress amplification factor) SAF: FSA,
коэффициент, равный отношению локального максимального переменного напряжения в
элементе (включая сварные соединения) к номинальному переменному напряжению в
стенках труб в точке расположения элемента.
ПРИМЕЧАНИЕ Данный коэффициент применяется для оценки повышения напряжений, вызванного
усилителями концентраций напряжения, которые имеют место в элементах водоотделяющей колонны.
3.1.84 Упорное кольцо (thrust collar): Приспособление для передачи силы
плавучести секциям водоотделяющей колонны.
3.1.85 Подводный заливочный клапан (subsea fill-up valve): Специальная секция
водоотделяющй колонны, позволяющая быть открытым в море кольцевому пространству
при помощи клапана.
ПРИМЕЧАНИЕ Для предотвращения поломки труб водоотделяющей колонны, клапан может быть
открыт автоматическим приводом, управляемым с помощью датчика дифференциального давления.
3.1.86 Поддерживающая стойка (support bracket): Стойка (кронштейн),
расположенный с некоторым интервалом вдоль секций водоотделяющей колонны,
обеспечивающий промежуточную радиальную и боковую опору от главного
трубопровода до линий штуцерной, вспомогательной и глушения.
3.1.87 Продольное колебание (surge): Движение основания вдоль передней и задней
оси.
3.1.88 Поперечное колебание (sway): Движение основания вдоль правого и левого
борта.
3.1.89 Наполнитель (syntactic foam): Различные материалы сферического
наполнителя в определенной форме и составе.
3.1.90 Телескопическое соединение (telescopic joint, slip joint): Секция
водоотделяющей колонны, имеющая внутренние и наружные трубы с соответствующим
уплотнителем между ними.
ПРИМЕЧАНИЕ Внутренние и наружные трубы телескопического давления перемещают
относительно друг друга для выравнивания длины водоотделяющей колонны, в результате качки,
продольного и бокового колебания основания.
3.1.91 Уплотнитель телескопического соединения (telescopic joint packer):
Материал, уплотняющий кольцевое пространство между внутренними и наружными
трубами телескопического соединения.
3.1.92 Фитинговое соединение (terminal fitting): Соединение между линиями
штуцерной, глушения или вспомогательной в телескопический узел и гибкий шланг,
способный менять направление потока на 180°.
3.1.93 Муфтовое соединение с резьбой (threaded-union coupling): Соединение,
имеющее соответствующие резьбовые детали и образующее муфту.
8
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
ПРИМЕЧАНИЕ Резьба соединения является свободной для вращения относительно труб
водоотделяющей колонны. Вращение соединения при свинчивании не требуется. Резьба не формирует
уплотнение.
3.1.94 Натяжное кольцо (tension ring): Опорное кольцо вокруг верхней части
соединения в точке, где прикреплены линии системы натяжения.
3.1.95 Испытание для подтверждения технических характеристик (type
certification testing): Испытание образца, проводимое производителем, с целью
подтверждения конструкции и, следовательно, валидация целостности различных изделий
одинаковых конструкции, материалов и производства.
3.1.96 Вибрация/колебания, вызванные вихреобразованием (vortex induced
vibration): Продольные и боковые колебания водоотделяющей колонны по потоку
периодически вызванных вихрей.
3.1.97 Соединитель устьевого оборудования, соединитель блока (wellhead
connector, stack connector): Гидравлически действующие приспособления, соединяющие
блок BOP и подводное устье скважины.
3.2 Сокращения
ВОР (blowout preventer) – Противовыбросовый превентор;
DP (dynamic positioning) – Динамическая стабилизация;
DTL (dynamic tension limit) – Предел динамического напряжения;
ID (internal diameter) – Внутренний диаметр;
LFJ (lower flex joint) – Нижняя гибкая муфта;
LMRP (lower marine riser package) – Нижний соединительный узел водоотделяющей
колонны;
OD (outside diameter) – Внешний диаметр;
RAO (response amplitude operator) - Проводник амплитуды отражения;
RKB (rotary kelly bushing) – Роторный вкладыш для ведущей трубы;
ROV (remotely operated vehicle) – Аппарат дистанционного управления;
SAF (stress amplification factor) – Коэффициент усиления напряжения;
UFJ (upper flex joint) – Верхняя гибкая муфта.
4 Функции и отбор элементов оборудования
4.1 Введение
Общие требования для элементов приведены в 4.2; определенные требования
приведены в остальных частях Раздела 4. Общие принципы описываются по следующим
пунктам:
а) функции: приводятся основные функции элементов;
b) типовые конструкции: рассматриваются образцы типовых конструкции;
с) критерии отбора: приводятся основные требования отбора.
4.2 Критерии выбора элементов
Проектирование системы водоотделяющей колонны приводится с оценки
ожидаемого режима эксплуатации и расчета технических параметров и свойств, таких, как
изгиб с растяжением, суммарные напряжения (максимальные и средние), условия
плавучести, предельного натяжения, оператор амплитуды отражения основания (RAO).
9
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Иные факторы, влияющие на конструкцию системы водоотделяющей колонны, включают
длину водоотделяющей колонны (глубина воды), показатели внутреннего давления,
требования линий штуцерной, глушения и вспомогательной, способ свинчивания, условия
эксплуатации и хранения, экономия производственных затрат и др. Установленные
критерии конструкции системы водоотделяющей колонны должны позволять проводить
отбор элементов, удовлетворяющим требования.
Элементы водоотделяющей колонны с первичными траекториями нагрузки,
приведенные в настоящем стандарте, должны рассматриваться в дополнение с
классификацией нагрузок, приведенной в ISO 13625.
4.3 Водоотделяющая колонна для бурения
Водоотделяющая колонна для бурения образует расширение ствола скважины от
блока ВОР до бурового основания; см. Рисунок 1.
Основными функциями водоотделяющей колонны для бурения являются:
а) обеспечение связи флюида между скважиной и буровым основанием:
1) в кольцевом пространстве при нормальных условиях бурения,
2) через линии глушения и штуцерную линию в момент, когда блок BOP
используется для контроля скважины;
b) поддержка линий глушения, штуцерной и вспомогательной;
с) направление инструментов в скважину;
d) выполнение спуско-подъемных работ блока ВОР.
10
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
1- Роторный вкладыш для ведущей трубы (RKB); 2 – Ротор; 3 - Отводное устройство;
4 – Внутренняя труба телескопического соединения; 5 – Отклонитель гибкого
шнура/шарового шарнира; 6 – Линия натяжения; 7 – Штуцер рабочего шланга;
8 – Штуцерная линия; 9 – Угол отклонения; 10 – Заглушка рабочего шланга;
11 - Наружная труба телескопического соединения; 12 – Линия глушения;
13 – Соединение водоотделяющей колонны;
14 – Секции водоотделяющей колонны; 15 – Гибкий шнур/ шаровый шарнир;
16 – Рабочий шланг водоотделяющей линии/ ВОР;
17 – Соединитель LMRP; 18 – Нижний соединительный узел водоотделяющей
колонны (LMRP);19 – Блок ВОР; 20 – Устьевая муфта
Рисунок 1 — Система водоотделяющей колонны для бурения и
сопутствующего оборудования
4.4 Система натяжения
4.4.1 Функции
Натяжное устройство используется для поддержания вертикальной силы в верхней
части водоотделяющей колонны для бурения с целью контроля напряжения и
передвижений. Данные устройства располагаются на буровом основании с внешней
стороны буровой установки, также обеспечивают постоянное осевое напряжение на
водоотделяющей колонне в момент, когда происходит продольное и боковое движение
основания при действии ветра, волн и течений.
11
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
4.4.2 Типовая конструкция
Типовое натяжное устройство оснащается гидравлическим плунжером с
дополнительной емкостью высокого давления (APV) с целью поддержания постоянного
давления/натяжения на тросе (линии). Один конец линии прикрепляется на буровом
основании,
другой
–
к
наружной
трубе
телескопического
соединения.
Четырехступенчатая система натяжения линии используется так, что ход поршня равен
четвертой части подъема основания. Количество и показатели натяжных устройств
определяет общую мощность системы натяжения. Натяжение прикладывается
устройством с возможностью изменения проектной мощности системы натяжения или
увеличения давления. Система натяжения должна быть достаточной для поддержания
необходимого натяжения, исходя из максимальной глубины воды,
максимально
возможного веса (массы) и других нагрузок при расчете показателей водоотделяющей
колонны
Направленная штоковая полость цилиндра системы натяжения используется на
глубоководных основаниях.
Конструкции систем натяжения приведены в [149], Раздел 4.
4.4.3 Критерии отбора
В нижеследующем приведены необходимые условия для эффективной работы
системы натяжения.
а) Угол наклона: Направляющий шкив должен быть расположен так, чтобы
уменьшить угол наклона. Данное действие увеличит вертикальную составляющую
натяжения, срок службы троса и уменьшит горизонтальную составляющую.
По причине угла наклона, вертикальное натяжение, прикладываемое к наружной
трубе телескопического соединения, меньше всего натяжения системы.
Коэффициент уменьшения (5.3.2) должен приводить в соответствие данные
параметры.
b) Срок службы троса: Срок службы троса зависит от многих параметров, таких как,
конструкция троса, диаметра шкива, прикладываемое натяжение, эксплуатационные
условия и др. См. [1].
с) Аккумуляторы и емкости воздуха высокого давления: Натяжные устройства
должны быть оснащены аккумуляторами, необходимыми для хранения определенного
уровня рабочей жидкости, больше уровня в цилиндре. Емкости воздуха высокого
давления уменьшают изменения давления при сжатии и расширении воздуха (при
смещении натяжного устройства).
d) Требования к составу жидкости и потоку воздуха: Соответствующие размеры
линий уменьшают колебания натяжения при потерях давления на трубопроводе.
Виды рабочих жидкостей, соответствующих натяжным устройствам, должны быть
указаны производителем данных систем.
е) Потери при трении и инерции: Трения уплотнителей, шкивов, также инерция
шкивов, тросов, прутьев натяжной системы и поршней влияет на натяжения троса.
f) Предел динамического напряжения (DTL): Показатели системы натяжения
определяются в различных вариациях производителями. Настоящий стандарт определяет
предел динамического напряжения и приводится в Формуле 1 (также см. 3.1.29):
FDTL=PA× ACYL/NLP,
где PA – максимально допустимое давление системы;
ACYL - эффективная гидравлическая площадь;
NLP - количество частей линии.
12
(1)
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Элементы установки системы водоотделяющей колонны, включая трубопроводы,
должны быть сконструированы для использования максимально допустимого рабочего
давления. См. [157] для определения критерия регулировки предохранительного клапана.
Система натяжения должна быть сконструирована с возможностью эксплуатации
при нерабочем состоянии одного элемента или обеспечения необходимым натяжением
водоотделяющей колонны при ремонте элемента без подвержения риска. Натяжное
устройство может быть однократным или двукратным в зависимости от требований
конструкции.
g) Установка максимального натяжения: Установка максимального напряжения не
должна превышать 90 % от FDTL, т.е. максимальное натяжение, включая динамические
изменения, меньше FDTL.
h) Ограничитель скорости: Устройства для регулирования потока расположены на
линии между отверстием в гидросистеме (в натяжном устройстве) и соответствующей
поверхностью раздела жидкость-воздух. Данное устройство должно обеспечивать
минимальное сопротивление потока жидкости при ожидаемой скорости. Если на линии
натяжения имеются повреждения, которые могут привести к ненормальной эксплуатации
системы натяжения (выходу из строя), то данный регулятор потока необходимо привести
в режим с высокой скоростью потока и сразу остановить , или значительно уменьшить
поток жидкости в натяжную систему.
4.5 Отводное устройство (на поверхности)
4.5.1 Функции
При соединении верхнего ствола скважины и направляющей обсадной колонны,
водоотделяющая колонна может эксплуатироваться при использовании утяжеленного
бурового раствора для обеспечения избыточным давлением (при необходимости). На
данной стадии (см. 4.14.1) противовыбросовые превенторы не устанавливаются, т.к. при
нормальных условиях в обсадной колонне имеется дефицит давления, приводящий к
остановке работы скважины. В этой связи, если скважина фонтанирует, отводное
устройство водоотделяющей колонны направляет поток вдоль буровой установки.
Отводное устройство состоит из кольцевого уплотнительного устройства,
предназначенного для открытия продувочной линии и закрытия циркуляционной линии
для бурового раствора, и системы управления.
4.5.2 Установка
Поверхность отводного устройства на буровом основании устанавливают ниже
уровня стола ротора. Элементы отводного устройства оснащаются кожухами. Верхняя
гибкая муфта (шаровый шарнир), являющаяся одним из важных элементов
водоотделяющей колонны для бурения, прикрепляется к нижней части отводного
устройства.
Блок подводного отводного устройства может быть установлен на устье скважины.
4.5.3 Эксплуатация
В АРI RP 64 приводятся рекомендованные правила эксплуатации и операции для
отводного устройства.
4.6 Телескопическое соединение (труб)
4.6.1 Функции
Основной функцией телескопического соединения является выравнивание
поступательных движений между основанием и водоотделяющей колонной. Наружные
трубы обеспечивают опорой при нагрузках натяжного устройства водоотделяющей
колонны.
13
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
4.6.2 Типовая конструкция
4.6.2.1 Общие принципы
Телескопическое соединение имеет наружные трубы, соединенные с
водоотделяющей колонной для бурения, внутренние трубы, соединенные с верхней
гибкой муфтой, и кольцо натяжного устройства, передающее нагрузку с системы
натяжения на наружную трубу водоотделяющей колонны.
4.6.2.2 Соединение с натяжным устройством водоотделяющей колонны
Линии натяжного устройства водоотделяющей колонны соединены в кольцо
натяжного устройства возле верхней части наружной трубы телескопического
соединения. Данное соединение обеспечивает связь между водоотделяющей колонной для
бурения и системой натяжения. Скобы на кольце натяжного устройства обепечивают
шарнирные соединения в конце линии данного устройства. Сила натяжения,
обеспечивающая опорой водоотделяющую колонну, передается через кольцо натяжного
устройства в стенки наружных труб и, следовательно, соединения и стенки секций
водоотделяющей колонны.
4.6.2.3 Дополнительные свойства кольца натяжного устройства
Дополнительные свойства кольца натяжного устройства приведены в
нижеследующем.
а) Для бурового основания с турельной якорной системой и динамической
стабилизацией, подшипник с низким коэффициентом трения на натяжном кольце
позволяет проводить вращение основания.
b) При переходе на бесканатную систему бурения, управление гидравлическим
двигателем может позволить натяжному кольцу расположить LMRP с блоком ВОР.
с) Кольцо натяжного устройства может прервать соединение с наружной трубой и
способствовать блокировке нижней части отводного устройства для сохранения. Данные
действия исключают длительные операции на соединение/разъединение линий натяжного
устройства при эксплуатации и извлечении колонны.
Стыковочный узел может
обеспечить соответствующими соединениями для фитингов рабочих шлангов.
4.6.3 Критерии отбора
Отбор телескопического соединения должен включать расчет и оценку по
следующим показателям и свойствам.
а) Длина: в вытянутом и выдвинутом положении телескопическое соединение
должно обеспечивать опорой водоотделяющей колоны и блока BOP. Должна быть
учтена динамическая нагрузка телескопического соединения;
b) Длина хода: длина хода, предназначенная для телескопического соединения,
должна соответствовать ожидаемой общей качке, смещению основания, приливным
изменениям, максимально возможному возвратно-поступательном движению при
авариях.
с) Кольцо натяжного устройства: угловая ориентация на скобах на кольце
натяжного устройства должна соответствовать расположению шкивов линии натяжного
устройства. Кольцо натяжного устройства должно быть пригодно при максимальной
нагрузке телескопического соединения.
d) Вспомогательные линии: Проектировщику соединений для линий глушения,
штуцерной, вспомогательной, линий давления телескопического соединения, необходимо
учесть устройство буровой установки, ослабление натяжения действующих и разрывных
соединений при спуско-подъемных работах.
е) Уплотнительный элемент: Используется для герметизации пространства между
наружной стороной внутренней трубы и внутренней стороной наружной трубы,
доступной для использования одноэлементных и двухэлементных компонентов.
14
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Преимущество двухэлементных компонентов заключается в том, что при выходе из строя
одного элемента, второй может быть активным, поэтому, уплотнитель сохраняется между
промывочной и жидкостью и окружающей средой, без остановки буровых работ.
f) Эксплуатация и хранение: Телескопическое соединение длиннее и тяжелее
стандартной секции водоотделяющей колонны и, поэтому, должны присутствовать
требования по эксплуатации и хранению.
4.7 Секция водоотделяющей колонны
4.7.1 Функции
Секция водоотделяющей колонны – это трубы большого диаметра, высокой
прочности (главный трубопровод водоотделяющей колонны), бесшовные или полученные
электрической сваркой, также соединяющиеся сваркой. При установке системы колонны,
секции водоотделяющей колонны соединяются на буровой площадке и опускаются в воду.
Направляющая представляет собой важный элемент системы водоотделяющей колонны и
используется при выполнении функций всей системы (4.3).
Муфтовое и ниппельное соединения в верхней части водоотделяющей колонны
оснащаются посадочным буртом (заплечиком). Посадочные заплечики, поддерживаемые
пользователем, обеспечивают нагрузку (статическую и динамическую) для
водоотделяющей колонны для бурения и блока BOP, при исключении спайдера
водоотделяющей колонны (4.11.2.2). Данное соединение также может обеспечить опору
для линий глушения, штуцерной и вспомогательной, и для нагрузки к регуляторам
плавучести.
4.7.2 Типовые конструкции
4.7.2.1 Главный трубопровод водоотделяющей колонны
Главный трубопровод водоотделяющей колонны и сопутствующие соединения
имеет характеристики для соответствия определенным размерам блока BOP. В Таблице 1
приводятся виды сочетаний для отверстия ВОР и внешнего диаметра.
Таблица 1 - Виды сочетаний для отверстия ВОР и внешнего диаметра
Отверстие BOP,
Внешний диаметр водоотделяющей
мм (дюйм)
колонны, мм (дюйм)
346,1 (13-5/8)
406,4 (16)
425,5 (16-3/4)
473,1 (18-5/8)
476,3 (18-3/4)
508 (20) или
533,4 (21) или
558,8 (22) (с учетом толщины стенки)
4.7.2.2 Соединения водоотделяющей колонны
Имеются четыре основных вида соединения водоотделяющей колонны:
a) Защелкиванием;
b) Фланцевое;
c) Резьбовое;
d) Затворное.
Производители водоотделяющей колонны предлагают соединения с различной
номинальной прочностью.
4.7.2.3 Линии глушения, штуцерная и вспомогательная
Секции водоотделяющей колонны имеют линии глушения, штуцерную и
вспомогательную, прикрепленные к внешней части главного трубопровода с помощью
15
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
опорной стойки. Данные линии проходят через удерживающие заплечики
водоотделяющей колонны. Данные поддерживающие линии (глушения, штуцерная и
вспомогательная) приведены в 4.12.
4.7.3 Отбор критерий
При отборе, конструировании или определении секций водоотделяющей колонны
необходимо учесть следующие пункты.
а) Главный трубопровод водоотделяющей колонны должен иметь соответствующую
прочность для того, чтобы выдержать общую нагрузку волн, течений, приложенного
натяжения, движение основания и удельный вес бурового раствора, в соответствии с
Таблицей 2.
Также должны быть учтены разрушающее давление и нагрузки при
эксплуатации. Показатели прочности главного трубопровода определяют их диаметр,
толщину стенок и тип стали. Для водоотделяющей колонны используется Х-52, Х-65, и
Х-80 (тип стали), в которых минимальный предел текучести выражается в тысячах
фунтах на квадратный дюйм (для каждого типа).
- Внутренний диаметр должен обеспечить необходимым кольцевым пространством
с целью соответствия конструкции скважины.
Диапазон длин секций водоотделяющей колонны – от 15,2 м до 27,4 м (от 50 футов
до 75 футов). При расчете характеристик эксплуатации и хранения на буровом основании
необходимо учесть данную длину.
b) Укороченная труба: Укороченная труба – это секция водоотделяющей колонны,
которая короче всей длины секции водоотделяющей колонны. Данные трубы различных
длин должны соответствовать требованиям водоотделяющей колонны. См. 6.4.2.
с) Соединения водоотделяющей колонны:
Соединения водоотделяющей колонны должны основываться на:
— прочности;
— показателях нагрузки опорного кольца;
— коэффициенте динамичности нагрузки (усталостная прочность);
— безотказности;
— скорости свинчивания;
— предварительной нагрузке для свинчивания;
— требованиях к техническому обслуживанию;
— размерах главного трубопровода;
— отношении предельной прочности к массе.
4.8 Нижний соединительный узел водоотделяющей колонны (LMRP)
4.8.1 Функции
Нижний соединительный узел водоотделяющей колонны (LMRP) включает
комплект адаптера водоотделяющей колонны, гибкую муфту (шаровый шарнир), один
или два кольцевых BOP (может быть исключен), подводный коллектор управления, также
гидравлическую муфту, соединяющую системы водоотделяющей колонны с блоком ВОР.
LMRP обеспечивает разъемное соединение между водоотделяющей колонной и блоком
ВОР. Также предназначен для гидравлического управления блока ВОР посредством
коллектора управления. Рабочие шланги образуют поток вокруг соединительной муфты
(шарового шарнира) для линий глушения и штуцерной.
4.8.2 Типовая конструкция
LMRP может быть сконструирован для различного диапазона конфигураций в
зависимости от типа, размера, показателей и условия эксплуатации элементов.
Требования конструкции основываются на характеристиках и данных:
а) стандартный радиус направляющей (см. [3]);
16
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
b) минимальный диаметр отверстия и соответствующие номинальные значения
давления;
с) прочность на изгиб;
d) допуск к съемным коллекторам управления;
е) соответствие аккумуляторов (под водой);
f) нагрузки и допуски при аварийном разрыве;
g) допустимое пространство для хранения и эксплуатации бурового основания;
h) система аварийного восстановления для ВОР (подводных);
i) система управления при переходе на бесканатный режим бурения;
j) заданные стыковочные узлы коллекторов управления, также линий глушения и
штуцерной при бесканатной системе бурения:
k) гибкий шланг (см. 4.10);
l) руководство по использованию ВОР.
4.8.3 Отбор критериев
Отбор критериев к элементам LMRP должен соответствовать следующим
характеристикам:
а) анализ регулирования работы скважины;
b) значения давления ВОР, также отверстий ВОР;
с) общий принцип действия:
d) общая высота и ограничения по массе;
е) условия эксплуатации и расчетные нагрузки;
f) способ управления ВОР и особенности отказоустойчивости конструкции;
g) рабочая глубина воды;
h) способ спуска/подъема коллекторов управления;
i) способ перехода к бесканатной системе бурения;
j) способ аварийного восстановления.
4.9 Соединительные муфты (шаровые шарниры)
4.9.1 Функции
Соединительные муфты (шаровые шарниры) используют для обеспечения угловым
смещением между водоотделяющей колонной и блоком ВОР, в этой связи, для
уменьшения изгибающего момента. Данные приспособления применяются в верхней
части водоотделяющей колонны с целью обеспечения движения буровой установки. В
некоторых случаях, установка муфты может происходить в средней части
водоотделяющей колонны, ниже телескопического соединения с целью уменьшения
нагрузок. Вращательная жесткость соединительных муфт позволяет более эффективно (в
отличие от шаровых шарниров) регулировать угол водоотделяющей колонны.
Вращательная жесткость соединительных муфт является нелинейной, угловой функцией с
диапазоном от 13600 Н/м (10000 фунт-сила-фут) на градус вращения до 108800 Н/м
(80000 фунт-сила-фут) на градус вращения. Вращательная жесткость может варьировать в
зависимости от температуры.
4.9.2 Типовая конструкция
4.9.2.1 Соединительные муфты
Элементы на изгиб соединительной муфты наносятся слоями эластомера между
сферически фасованными стальными кольцами. Эластомер обеспечивает изгиб и давление
уплотнителя. Некоторые конструкции обеспечивают посадочные заплечики для удаления
сменного вкладыша, также предусматривают кольцо для компенсации износа, которые
могут быть заменены при восстановлении муфты. Из-за особенности конструкции
соединительной муфты, восстановление основных элементов может быть
17
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
нерентабельным. Пользователю необходимо запросить характеристики с данными о
возможности срыва уступов и пазов.
4.9.2.2 Шаровые шарниры
Шаровые шарниры представляют собой кованные стальные шары, имеющие
цилиндрические расширяющие шейки, к концу которой присоединен адаптер
водоотделяющей колонны. Данные элементы применяются в качестве герметика
(бурового раствора). В конструкциях используются кольца для компенсации износа и
сменные вкладыши. Некоторые шаровые шарниры требуют выравнивания давления.
4.9.3 Отбор критерий
При отборе, конструировании или определении соединительных муфт (шаровых
шарниров) необходимо учесть следующие пункты:
а) функции соединительных муфт (шаровых шарниров) и их расположение в системе
водоотделяющей колонны;
b) максимальный угол вращения и максимальная вращательная жесткость
(обязательно), которые могут быть определены предварительным расчетом показателей
водоотделяющей колонны;
с) номинальное значение давления; соединительные муфты (шаровые шарниры)
должны поддерживать герметичность конструкции с помощью воздействия на
скважинный флюид, максимально возможной температурой, максимальной расчетной
плотностью бурового раствора, также максимальной расчетной глубиной;
d) максимально приложенная растягивающая нагрузка;
е) максимальный вращающий момент.
4.10 Линии глушения и штуцерная линия (гибкие)
4.10.1 Функции
Линии глушения и штуцерная линия (гибкие) обеспечивают относительное
движение в телескопическом соединении (рабочий шланг) и в соединениях муфт (и
шарниров) системы водоотделяющей колонны.
4.10.2 Типовая конструкция
Применяются три основные конструкции:
— гибкий шланг;
— армированный сталью шланг;
— гидравлический испытательный стенд замкнутого типа с резьбовыми,
фиксирующими, соединительными арматурами.
При применении соединительных резьбовых арматур, должны использоваться
уплотнительные устройства, отличные от резьбовых.
4.10.3 Отбор критерий
Гибкие шнуры должны соответствовать остальным частям линий глушения и
штуцерной, также блоку ВОР, водоотделяющей колонне и манифольду ВОР. При отборе
гибких шнуров необходимо учесть следующие характеристики:
а) требуемая длина и отклонения;
b) соответствие концевого соединения;
с) номинальное значение давления (газа и жидкости);
d) оценка разрыва;
е) температура (максимальная, минимальная и средняя);
f) минимальный радиус изгиба;
g) соответствие жидкости;
h) соответствие абразиво-стойкости жидкости;
i) коррозионная стойкость;
18
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
j) усталостная прочность на изгиб и давление цилиндра.
4.11 Спуско-подъемное оборудование
4.11.1 Функции
Для спуско-подъемных работ водоотделяющей колонны и блока ВОР используется
оборудование для монтажа и демонтажа. Спайдер используется для опоры
водоотделяющей колонны и блока ВОР при спуске и подъеме. При применении, линия
направляет водоотделяющую колонну и соответствующее оборудование в устье
скважины.
4.11.2 Типовая конструкция
4.11.2.1 Оборудование для монтажа
Оборудование для монтажа водоотделяющей колонны ввинчивается в верхнюю
часть водоотделяющей колонны при спуско-подъемных работах. Верхнее соединение
представляет собой трубу определенной длины, обеспечивающее опору для оборудования
при подъеме.
В состав оборудования входит отводное устройство (монтажа), которое может быть
использовано для спуска системы водоотделяющей колоны перед вводом блока в устье.
Если данное отводное устройство (монтажа) используется для опоры водоотделяющей
колонны и блока ВОР, то следует применять соответствующие стандарты.
4.11.2.2 Спайдеры водоотделяющей колонны
Спайдеры водоотделяющей колонны обеспечивают опорой для водоотделяющей
колонны и блока ВОР на буровой установке. Амортизирующие спайдеры требуются для
уменьшения влияния нагрузки на поддерживающий бурт (заплечики). Универсальные
спайдеры уменьшают изгибающий момент на бурт.
4.11.2.3 Направляющая линия
Данная линия используется с целью направления водоотделяющей колонны и
соответствующего оборудования для их стыковки на дне. Четырехпроводная
направляющая линия, образуя углы по всей площади, протягивается от временного
направляющего основания до бурового основания, где используется механизм натяжения
(натяжное устройство). Точки закрепления данной направляющей имеют длину 2 м
(6 футов) от центра образования ствола скважины, площадью 2,6 м (8,5 футов) в каждую
сторону.
4.11.3 Отбор критериев
На нижеследующем должны быть основаны отбор, оценка и испытания спускоподъемного оборудования:
а) максимальная статистическая нагрузка;
b) динамическая нагрузка, вызванная движением основания, волнами и течениями;
с) изгибающая нагрузка при спуско-подъемных работах;
d) ударная нагрузка.
4.12 Линии глушения, штуцерная и вспомогательная на водоотделяющей
колонне
4.12.1 Функции
Данные линии пропускают жидкости по длине водоотделяющей колонны. Данное
оборудование необходимо для секций водоотделяющей колонны и соединены с внешней
стороной главного трубопровода с помощью поддерживающих стоек. Данные линии
используются для следующих целей:
а) Линии глушения обеспечивают управление потоком нефти, газа или бурового
раствора от ствола скважины до поверхности при блокировке блока ВОР.
19
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
b) Линии нагнетания бурового раствора применяются в качестве труб для жидкости,
нагнетающей в водоотделяющую колонну над блоком противовыбросовых превентеров, с
целью увеличения скорости в кольцевом пространстве.
с) Линии нагнетания воздуха используются для обеспечения воздухом оборудования
плавучести водоотделяющей колонны.
d) Подающий трубопровод гидросистемы пропускает гидравлическую рабочую
жидкость в подводную систему управления ВОР. Системы ВОР включают подающие
трубопроводы (гибкие) гидросистемы внутри линии управления.
4.12.2 Типовая конструкция
Секции водоотделяющей колонны имеют линии глушения, и обеспечивают
регулирование операций управления скважиной:
а) циркуляция в двух линиях (в противоположные стороны);
b) циркуляция в буровой трубе и линии (в противоположные стороны).
Линия нагнетания бурового раствора может быть включена в водоотделяющую
колонну. Для водоотделяющей колонны требуются линии нагнетания воздуха с целью
применения в камерах воздуха оборудования плавучести. Подающий трубопровод
гидросистемы может быть использован в основной и второстепенной линии снабжения.
Линии глушения, штуцерная и вспомогательная, входящие в одну из
водоотделяющих колонн, соединяются их дополнительными частями к прилегающей
водоотделяющей колонне посредством стыковочного узла. Коробка включает
эластомерное радиальное уплотнение, распространяющееся на износоустойчивость
поверхности ниппеля при сдавливании. Данные узловые соединения обеспечивают
быстрый монтаж при спуске системы.
4.12.3 Отбор критериев
При отборе, конструировании или определении линий глушения, штуцерной и
вспомогательной линий для секций водоотделяющей колонны необходимо учесть
следующие пункты.
а) Тип промывочной жидкости (в линии): Подающий трубопровод гидросистемы
изготавливается из коррозионно-стойкого материала для предотвращения ржавчины при
закупорке гидравлического управляющего устройства и повреждений уплотнителя (его
поверхности). Линии глушения, штуцерная и нагнетания бурового раствора
изготавливаются из стали. Необходимо проявлять осторожность и убедиться в том, что
соблюдена защита гальваническими анодами между стальными элементами секции
водоотделяющей колонны и подающим трубопроводом при использовании коррозионностойкого материала (например, нержавеющей стали).
b) Рабочее давление, к которому могут быть подвержены линии в течении срока
службы.
1) Подающий трубопровод гидросистемы: Значения рабочего давления должны
соответствовать показателями системы управления ВОР.
2) Линии нагнетания буровой жидкости: Номинальное давление должно быть
соответствующим для регулирования.
3) Линии глушения: Номинальное давление должно быть равным давлению блока
ВОР.
с) Соединения линий глушения, вспомогательной и штуцерной: Данные соединения
должны обеспечивать герметичные уплотнения при учете относительного движения
между замковым соединением по причине:
1) Пуассонова эффекта;
2) структурного сжатия, вызванного давлением на концы;
3) разности температур промывочной жидкости в главном трубопроводе
20
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
водоотделяющей колонны и в линиях глушения, штуцерной и вспомогательной;
4) изгибающей нагрузки, вызванной отклонениями водоотделяющей колонны; в
случае отсутствия необходимого пространства между поддерживающей стойкой и
соединением, данное движение может оказаться причиной для образования
поверхностных трещин от стойки.
d) Внутренний диаметр (ID) линий: ID линии глушения должен быть отобран c
целью удовлетворения требованиям работ по регулированию скважины. ID линии
нагнетания промывочной жидкости должен быть отобран в соответствии с требованиями
к буровому раствору. ID подающего трубопровода гидросистемы должен быть отобран в
соответствии с требованиями к системе управления.
е) Расчет отказоустойчивости и направления линий глушения, штуцерной и
вспомогательной: Для предотвращения непреднамеренного разрыва данных линий при
спуске водоотделяющей колонны, соединения должны быть направлены ассиметрично
вокруг кольца, поддерживающего водоотделяющую колонну. Для предотвращения
непреднамеренного высокого давления линии нагнетания бурового раствора при
проведении испытаний и спусковых работ, заглушки для линий глушения должны быть
сконструированы без возможности установки на линиях нагнетания бурового раствора.
f) Расчет поддерживающей стойки: Поддерживающие стойки присоединяют
линии к водоотделяющей колонны и предотвращают изгиб при давлении. Расстояние
между стойками зависит от номинального давления линий глушения и показателей
изгиба труб.
g) Наличие H2S: если H2S может взаимодействовать с линиями глушения, то
должен быть проведен отбор материалов по [88].
h) Значения давления: Трубы, находящиеся под давлением, должны быть
рассчитаны по требованиям, приведенным в [146].
i) Допуски по коррозии/эрозии: Минимальная расчетная толщина должна
соответствовать допускам по коррозии/эрозии от 1,27 мм (0,05 футов), как приведено в
[147].
4.13 Оборудование плавучести
4.13.1 Функции
Оборудование плавучести может быть соединено с секциями водоотделяющей
колонны для уменьшения предельного натяжения посредством утяжеления массы секций
водоотделяющей колонны.
4.13.2 Типовая конструкция
4.13.2.1 Поплавки
Наполнители поплавков представляют собой композитные материалы из
сферических веществ в растворе или в связующем составе. Основные виды
наполнителей состоят из микроскопических стеклянных сфер в составе термопластовых
полимеров с более крупным стеклопластиком.
Размеры поплавков зависят от характеристик плавучести и плотности состава.
Плотность наполнителей зависит от расчетной глубины. Плотный материал применяется
на глубоководных участках для выдерживания высоких значений давления разрушения.
Максимально допустимый диаметр определяется отверстием гнезда (кожуха) отводной
системы и/или другими ограничениями по пропускам секций водоотделяющей системы.
См. 5.9 при интенсивных режимах эксплуатации.
Поплавки устанавливаются в паре вокруг секций водоотделяющей колонны, на
секцию отводятся определенные пары для обеспечения соответствия линиям глушения,
штуцерным и вспомогательным. Данные элементы устанавливаются кольцевыми
21
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
полосками или другими подходящими средствами. Материал крепления должен
противодействовать гальванической коррозии.
Вертикальное наложение поплавов обеспечивается
упорным кольцом,
прикрепленным к трубе водоотделяющей колонны ниже верхнего соединения. Заданное
кольцо крепится на нижнем конце сочетания элементов с целью поддержания опоры во
время монтажа водоотделяющей колонны.
4.13.2.2 Камеры воздуха с ординарным днищем
Камеры воздуха с ординарным днищем прикрепляются к соединениям
водоотделяющей колонны и обеспечивают кольцевое пространство вокруг колонны.
Линии нагнетания воздухом и управляющая линия регулирует поток (нагнетание) воздуха
при гидростатическом давлении. Движение морской воды посредством влияния воздуха
из кольцевого пространства обеспечивают плавучесть. Поплавковый клапан на линии
нагнетания на дне камеры поддерживает необходимый уровень воды. Воздух может
выдуваться из системы посредством выпускного клапана, расположенного на
управляющей линии. Клапаны могут приводить и сохранять необходимый уровень
плавучести. Компрессоры на буровом основании применяются для поддержания воздуха в
камерах через линии нагнетания.
4.13.3 Отбор критериев
Поплавки должны быть отобраны для обеспечения потребной подъемной силой и
сопротивления давления на расчетной глубине эксплуатации. При расчете необходимо
учесть, что данный элемент не распространяется на изгиб главного трубопровода
водоотделяющей колонны и может безопасно использоваться и храниться. Техническое
обслуживание и ремонт должны предусматривать возможность проведения на буровой
установке с минимальными затруднениями. Для требований по плотности и
намокаемости, приводятся характеристики производителя.
Камеры воздуха с ординарным днищем устойчивы к повреждениям при
погрузочных работах, также могут увеличить нагрузку на изгиб в соединениях
водоотделяющей колонны по причине приложенного сопротивления поплавков.
Проектировщику необходимо учесть наличие данного действия в режиме эксплуатации
водоотделяющей колонны.
4.14 Специальное оборудование
4.14.1 Защелка (соединительный ниппель), 76,2 см (30 футов)
В направлении 66 см (26 футов) следует проводить спуск колонны. В данном
случае, используется защелка (76,2 см (30 футов)) для соединений водоотделяющей
колонны для бурения с корпусом устья (76,2 см (30 футов)). Кольцевое соединение
герметичного уплотнения действует между защелкой в сборе и корпусом устья.
Элементы с гидроприводом используются при применении механической защелки;
данные элементы радиально увеличиваются внутри поддерживающего заплечика в OD
корпуса устья. Защелка (76,2 см (30 футов)) контролирует направление потока рабочего
шланга от поверхности отводного устройства/системы управления ВОР. Данная защелка
фиксируется на соединительной муфте (шаровом шарнире) и адаптере водоотделяющей
колонны.
4.14.2 Система удержания водоотделяющей колонны
При влиянии окружающей среды, обеспечиваются пределы для безотказных
операций при соединении с водоотделяющей колонной, при разрыве водоотделяющей
колонны и LMRP от блока ВОР, также следует удерживать до улучшения погодных
условий. Разъединенная водоотделяющая колонна может удерживаться посредством
22
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
крюка, спайдера, кожуха отводного устройства или специальных балочных конструкций.
Применение данных приспособлений называют методом тяжелого удержания.
Имеется метод легкого удержания, который может использоваться в виде опоры
водооделяющей колонны только от оборудования натяжения или совместно от
компенсатора качки и натяжного устройства. Приспособление представляет
оборудование удержания водоотделяющей колонны, если применяется компенсатор
качки в дополнение к натяжному устройству (для установки легкого удержания).
Динамическая нагрузка водоотделяющей колонны должна обеспечить
определенной прочностью для элементов системы удержания; с целью опоры по
отношению к осевой и поперечной нагрузкам, вызванным подвесной водоотделяющей
колонной (без повреждений основания или колонны).
5 Расчет показателей водоотделяющей колонны
5.1 Общие принципы
Водоотделяющая колонна для бурения обладает низкой внутренней устойчивостью
конструкции. Данная характеристика противодействует окружающей нагрузке,
возникающей при натяжении. Необходимо проводить расчет для водоотделяющей
колонны для бурения, при отборе, предельное натяжение должно соответствовать
показателям колонны по отношению к окружающей и гидростатической нагрузке. Среди
ограничивающих показателей: углы соединительной муфты/шарового шарнира и
телескопического соединения, средние и переменные напряжения, сопротивление
изгибающего элемента и гидростатическое нарушение, процент DTL относительно
верхней части водоотделяющей колонны, момент силы блока ВОР, устья и колонн.
Для прогнозирования динамики водоотделяющей колонны по расчетным
показателям
используются
специализированные
компьютерные
программы,
применяющиеся также с целью определения предельного натяжения, максимально
допустимого смещения основания и предельных нагрузок на элементы водоотделяющей
колонны.
По причине применения определенного способа эксплуатации, расчет элементов
водоотделяющей колонны для бурения не может быть отделен от методики проведения
операций. К примеру, при бурении верхние и нижние углы соединительной муфты
(шарового шарнира) необходимо определять по нижним пределам. При неблагоприятных
погодных условиях бурение может быть прекращено и соответственно уменьшаются
пределы углов соединительной муфты/шарового шарнира. Ограничивающие критерии к
водоотделяющей колонне могут быть определены по максимальным напряжениям. При
изменении режима эксплуатации, соответствующая система управления водоотделяющей
колонны может определить необходимость изменения предельного натяжения.
При более неблагоприятных условиях, соответствующая система управления может
вызвать разрыв водоотделяющей колонны и основания. Выбор проведения изменений
является частью расчета водоотделяющей колонны и анализа проведения работ при
различных режимах работы.
Данный пункт распространяется на расчет показателей ранее неиспользованных
систем водоотделяющих колонн или на оценку действующих систем, зависящих от
местных условий. Данный расчет должен быть осуществлен в зависимости от
окружающих и эксплуатационных параметров. Если расчет осуществлен, то данные
требования проводят с предлагаемого анализа и возобновления показателей, таких, как
23
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
толщина стенок и прочность материалов, с целью обеспечения соответствия. Для
действующих систем водоотделяющей колонны, средства для анализа включают:
а) определение соответствующего предельного натяжения для различных сочетаний
окружающих и буровых параметров;
b) установление расчета швартовочной системы для определения положения
верхней точки водоотделяющей колонны;
с) определение распределения неизолированных секций водоотделяющей колонны
и оборудования плавучести системы;
d) отбор показателей, по которым происходят изменения эксплуатационного
режима (при бурении, остановке и разрыве).
5.2 Методика расчета
5.2.1 Общее
Приложение А представляет отчет по характеристикам при расчете показателей
водоотделяющей колонны.
5.2.2 Факторы удержания бурового основания
Способность удержания бурового основания должна быть определена и
использована совместно с расчетом показателей водоотделяющей колонны для оценки
углов соединительной муфты (шарового шарнира) и напряжений колонны. Расчет
швартовочной системы и водоотделяющей колонны используется для определения
пределов рабочих параметров (эксплуатации). В некоторых случаях, швартовочные линии
могут регулироваться при изменениях окружающих условий, таких, как течение и/или
ветер.
5.2.3 Факторы нагрузок к водоотделяющей колонне
Система включает сдвиг, изгиб и нагрузки в LMRP, блоке ВОР, гидравлических
соединителях, устьевом оборудовании и колоннах. Нагрузки и моменты должны быть
рассчитаны для обеспечения соответствия предельного напряжения по допуску и сроку
службы. Также имеются нагрузки бурового основания, необходимые для расчета
удержания.
5.2.4 Течения
Течения со скоростью 2 м/с (~ 2 узла), см. 5.9.
5.2.5 Плотность буровой жидкости
Значения предельного натяжения должны быть определены для показателей
плотности буровой жидкости (от морской воды до флюида с максимально предполагаемой
плотностью)
5.3 Расчет
5.3.1 Режимы эксплуатации
При проведении морского бурения имеются три режима эксплуатации.
а) Бурение: Бурение представляет собой сочетание окружающих и скважинных
условий, по которым безопасно проводятся буровые работы, включая бурение ниже
башмака колонны, спуско-подъемные операции, разбуривание, промывку. Определенные
операции, такие, как спуск обсадной колонны, цементирование, или испытания пластов,
могут представлять более ограниченные условия.
b) Подсоединенный режим при остановке: В данном режиме распространяются
только буровые работы, необходимые для выполнения. Буровые трубы не должны
подвергаться вращению. Систему водоотделяющей колонны следует сместить (с морской
водой) при подготовке закрытия скважины и разрыве водоотделяющей колонны (при
необходимости).
24
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
с) Разъединенный режим: Если при определенных условиях окружающей среды
распространяются ограничения по безотказности эксплуатации при разъединенном
режиме, то водоотделяющую колонну необходимо разъединить с целью предотвращения
от повреждений на поверхностном и подводном оборудовании
5.3.2 Рекомендации при расчете
Отбор соответствующих комбинаций окружающих условий и гидродинамического
фактора включает оценку, опыт и изученность определенного метода анализа
водоотделяющей колонны. Расчет и ограничения определенных условий на показатели
водоотделяющей колонны: верхний и нижний углы соединительной муфты (шарового
шарнира), средняя и переменная нагрузки,
соответствующий коэффициент DTL,
предполагают определенные технические принципы и накопленный опыт.
В Таблице 2 приведены рекомендационные методики расчета для данных трех
режимов эксплуатации; составляет два метода отбора критериев для напряжения при
бурении, из которых один должен удовлетворять требованиям. Метод А соответствует
при более глубоководном расположении, метод В - при менее глубоководном. Таблица 2
распространяется на расчет показателей водоотделяющей колонны при разведочном
бурении. При бурении в агрессивной среде (пример – Северное море), целесообразно
приводить расчет усталости водоотделяющей колонны. Средний и максимальный предел
углов соединительной муфты (шарового шарнира) приводится при нормальном режиме
бурения с целью предотвращения от повреждений при износе водоотделяющей колонны
и ее соединений. Метод расчета проведения операций предусматривает соответствие
данных углов минимальным значениям (к примеру, менее 1о), учитывая средний (2о),
максимальный (1о), как предельные. Максимальный предел углов соединительной муфты
(шарового шарнира) для подсоединенного режима при остановке и разъединенного
режима определяет предотвращение повреждения водоотделяющей колонны, ее
соединений и блока ВОР. Верхний угол соединительной муфты (шарового шарнира)
влияет на конструкцию системы, данный угол должен быть рассчитан при оценке
промежутков в буровой шахте.
Таблица 2 — Водоотделяющая колонна для бурения — Основные принципы
расчета
Водоотделяющая колонна
соединена
Расчетные параметры
Бурение
Среднее значение верхнего угла
соединительной муфты /шарового
шарнира
Остановка
Водоотделяющая колонна
разъединена
а
1о - 1,5о
Отсутствует
Отсутствует
Максимальное значение верхнего
угла а соединительной
муфты/шарового шарнира
5,0о
Допустимо 90 %
(или контакт с
буровой шахтой)
Допустимо 90 %
(или контакт с буровой
шахтой)
Среднее значение нижнего угла b
гибкой муфты
2,0о
Отсутствует
5,0о
Допустимо 90 %
0,40 σу f
0,67 σу f
Максимальное значение
нижнего угла b гибкой муфты
Отсутствует
Отсутствует
Критерии напряжения c, d
Допустимое напряжение е
по методу А
0,67 σу f
25
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Таблица 2 (Продолжение)
Расчетные параметры
Водоотделяющая колонна
соединена
Бурение
Допустимое напряжение е
по методу Б
0,67 σу f
Остановка
Водоотделяющая колонна
разъединена
0,67 σу f
0,67 σу f
Диапазон значений динамического напряжения е
@ SAF ≤ 1,5 g
69 МПа
(10 ksi)
Отсутствует
Отсутствует
@ SAF > 1,5 g
15/FSA
Отсутствует
Отсутствует
Минимальное предельное
натяжение h
Т мин.
Т мин.
Отсутствует
FDTL
FDTL
Отсутствует
90 % FDTL
Отсутствует
Предел динамического натяжения i
Максимальная установка системы
90 % FDTL
натяжения
ПРИМЕЧАНИЕ 1
Углы
соединительной
муфты/шарового
шарнира
являются
дифференциальными по отношению к данным соединениям и трудно доступными для расчета выше/ниже
точки соединения, по причине вероятного различия (плоскости) между наклоном скважины и углом
водоотделяющей колонны (или между углом качки основания водоотделяющей колонны). Необходимо
обеспечивать соответствие данных углов в пределах допустимого с целью избежания износа элементов
водоотделяющей колонны. В пределах значений 2°, в Таблице 2 приводятся заданные условия с меньшей
вероятностью износа, который не происходит с более ограниченными значениями. Для проведения
буровых операций, средний дифференцированный угол – менее 1°.
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Уровень
износа
соединительной
муфты/шарового
шарнира
между
металлическими элементами зависит от таких параметров, как:
— давление контакта;
— относительная скорость;
— свойства материала;
— свойства окружающей жидкости.
Для буровой трубы системы водоотделяющей колонны, относительная скорость определяется
режимом работы (скоростью вращения и спуска/подъема); задаются свойства материала (сталь);
окружающая жидкость – это поток бурового раствора (больше абразивов, чем смазочных материалов).
Давление контакта является регулирующимся параметром.
Давление контакта вызывается при действии буровой колонны на бур системы водоотделяющей
колонны (возле соединительной муфты/шарового шарнира). Давление усиливается, если кольцевое
пространство буровой и водоотделяющей колонны меньше соответствующих размеров (меньше ID
водоотделяющей колонны, больше OD буровой колонны),
также, если значение натяжения
водоотделяющей колонны в точке контакта является высоким (колонна менее гибкая). Причинами износа
являются:
а) глубина скважины ниже линии бурового раствора: предельное натяжение - в буровой колонне
на нижней соединительной муфте (нижнем шаровом шарнире);
b) применение большого диаметра буровой трубы (168 мм (6-5/8 фута), к примеру): меньшее
кольцевое пространство с предельным натяжением связано с утяжелением буровой колонны;
Примером по меньшему износу может быть неглубокая скважина, с наименьшим диаметром
буровой трубы. Замковые соединения способствуют большему износу.
26
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Таблица 2 (Продолжение)
_____________
а)
Верхнее соединение по вертикали, не включает смещения основания.
Нижнее соединение – это дифференциальный угол (См. вышестоящие Примечания 1 и 2)
c)
Данный параметр относится к характеристике водоотделяющей колонны.
d)
Напряжения рассчитываются согласно критерию отказа нагрузки по Мизесу, σ VM, в
соответствии с Формулой (2) (см. 5.3.2):
b)
σVM = ½ [(σ1 - σ2)2 + (σ2 - σ3)2 + (σ3 - σ1)2]
(2)
где σ1, σ2, σ3 – главные напряжения, согласно Рисунку 2.
Критерий напряжений – это сумма статического напряжения и максимальной амплитуды
динамического напряжения.
е )
Допустимое напряжение диапазон значений динамического напряжения приводятся на
Рисунке 3.
f)
σу - минимальный предел текучести материала.
g)
См. 3.1.83 для определения коэффициента усиления напряжения, FSA.
h)
Минимальное предельное натяжение,T мин., обеспечивает предотвращение общего изгиба
водоотделяющей колонны, рассчитанного по Формуле 3.
Предел динамического натяжения, FDTL, рассчитывается по Формуле 1.
σ1 – Направление оси плюс/минус напряжение при изгибе; σ2 – Кольцевое
напряжение;
σ3 – Радиальное напряжение.
Рисунок 2— Внутренние напряжения водоотделяющей колонны
Х - Время, выраженное в секундах; У - Напряжение, выраженное в МПа;
1 - Диапазон значений динамического напряжения;
2 - Допустимое напряжение.
Рисунок 3 — Допустимое напряжение и диапазон значений динамического
напряжения
27
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Целью расчета максимального напряжения является необходимость обеспечения
соответствия прочности колонн максимальным расчетным нагрузкам. Данное действие
достигается требуемым свойством водоотделяющей колонны поддерживать
максимальные расчетные нагрузки при приложении максимального напряжения на
допустимое. Данный предел допускает предотвращение структурной деформации,
которая может привести к неисправности и имеет определенный фактор. Напряжения,
приведенные в Таблице 2, соответствуют критерию отказа нагрузки по Мизесу, σ VM (см.
[47]). Локальное пиковое напряжение (3.1.42) не относится к расчетам максимальной
нагрузки, данное напряжение может быть учтено при оценке срока службы
водоотделяющей колонны. Расчет срока службы приведен в Приложении В.
Установка минимального напряжения должна обеспечивать устойчивость
вотоотделяющей колонны. Напряжение должно быть установлено достаточно высоким,
чтобы эффективное напряжение, в соответствии с 5.4.4, всегда было положительной
величиной во всех частях водоотделяющей колонны даже в случае если натяжное
устройство выйдет из строя. Минимальное эффективное напряжение встречается на
конце водоотделяющей колонны.
Минимальное напряжение, Tмин, приведено в Формуле (3):
Tмин = TSrмин × N/[ Rf (N —n)]
(3)
где N – количество натяжных устройств, поддерживающих водоотделяющую
колонну;
n - количество натяжных устройств при аварийном сбое;
Rf - коэффициент сокращения, указывающий отношение вертикального напряжения
на коллекторном кольце к установке натяжного устройства для вычисление угла
отклонения и механического КПД;
TSr min – минимальное напряжения кольца натяжного устройства, приведенного в
Формуле (4):
TSr min — Wsfwt —Bn f bt +Ai [ρmHm - ρmHm] ,
(4)
где WS – масса водоотделяющей колонны в жидкости над заданной точкой;
fwt допустимая величина массы в жидкости (минимальная величина 1,05, при
точном подсчете);
Вn - подъемная сила плавучести над заданной точкой;
fBt – снижение плавучести и допустимой величины, возникшие в результате
упругого сжатия, продолжительного водопоглощения и производственного допуска
(максимально допустимая величина составляет 0,96, при точном подсчете с помощью
взвешивания в жидкости под давлением на установленной величине);
Аi – внутренняя площадь поперечного сечения водоотделяющей колонны,
включая линию глушения, штуцерную и вспомогательную линии;
ρм – плотность промывочной жидкости;
Нm – высота колонны промывочной жидкости над заданной точкой;
ρW – плотность воды;
HW – высота водяной колонны, включая высоту волн и прилив.
Следует заметить, что в Формуле (4) для вычисления Tsr мин, внешнее давление, ρW
flW, умножается на внутреннюю площадь поперечного сечения водоотделяющей колонны,
Аi, а не на наружную площадь поперечного сечения, Ао. Это объясняется тем, что
28
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
(Ао —Аi), уже включена в массу
плавучесть стенок водоотделяющей колонны, pWHW
водоотделяющей колонны в жидкости, Ws.
См. пример расчета в С.2 для определения минимального напряжения.
Максимальное значение диапазона динамического напряжения необходимо
учитывать совместно с анализом максимальной нагрузки. Данное значение предназначено
для обеспечения контроля над разрушением вследствие износа водоотделяющей колонны.
Учет данных ограничений анализа максимальной нагрузки позволяет исключить
динамическое напряжение, которое может привести к ускоренному износу.
Необходимо также рассмотреть дополнительные режимы работы, которые могут
оказать влияние на конструкцию, в частности, отсоединенный режим, инструменты для
спуско-подъемных работ, элемент удержания либо на спайдере, либо в системе удержания
водоотделяющей колонны, специальное техническое обслуживание и чрезвычайные
ситуации должны быть рассмотрены для изучения их влияния на конструкцию
водоотделяющей колонны.
5.3.3 Отчет характеристик водоотделяющей колонны
Результат расчета конструкции должен быть приложен в виде руководства
пользования водоотделяющей колонны (см. 6.2). Инструкции для определения
необходимого напряжения, также другие соответствующие параметры, такие как,
плотность бурового раствора, должны быть включены в руководство. Рабочее
напряжение, устанавливаемое техническим персоналом, должно быть достаточным для
установки натяжного устройства. Данное напряжение должно включать корректировки
угла отклонения натяжных устройств и ослабления в системе натяжных устройств.
Натяжение должно быть установлено в такой мере, чтобы предотвратить вертикальную
деформацию водоотделяющей колонны в случае сбоя натяжного устройства.
Результаты анализа конструкции зависят от места бурения и должны указывать
рекомендуемые настройки натяжного устройства в зависимости от удельного веса
бурового раствора. См. Рисунок 8.
5.4 Общий подход моделирования и анализа водоотделяющей колонны
5.4.1 Общие принципы
Математические модели и техника решения, которые могут быть использованы для
анализа водоотделяющей колонны, представляют собой высоко технологичный
специальный процесс, который подробно рассматривается во многих областях. Ниже
предоставлена библиография с более подробной информацией для заинтересованных
читателей. Данный же текст ограничивается общим описанием основных аспектов
анализа водоотделяющей колонны. Ниже в частности рассматривается [151].
Методы моделирования и анализа приведены в 5.5 - 5.9.
5.4.2 Использование анализа водоотделяющей колонны
Анализ водоотделяющей колонны имеет две независимые функции.
Перед установкой ранее неиспользованной водоотделяющей колонны, необходимо
провести анализ для определения особенностей конструкции. В данном случае следует
учесть погодные условия, которые позволяют отобразить максимальные условия работы
колонны во время эксплуатации. Максимальное и переменное напряжения учитываются
при расчете таких параметров как толщина стенки колонны и свойства материалов.
Анализ включает производительность бурового основания и используется для
определения необходимого натяжения водоотделяющей колонны.
Анализ водоотделяющей колонны может быть использован для подготовки работы
установленной водоотделяющей колонны и нефтебурового судна на ином месте
установки. В данном случае, задачей является установление параметров (значений)
напряжения для ожидаемых природных условий и плотности бурового раствора. Анализ
29
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
показывает, при каких природных условиях необходимо произвести остановку бурения и
извлечь водоотделяющую колонну. Анализ также будет включать определенные
положения, такие как удержание в условиях шторма или поломки швартов. Удержание
нижнего соединительного узла водоотделяющей колонны в условиях шторма является
одним из показателей определяющих количество необходимых сварных соединений.
5.4.3 Структурная модель
5.4.3.1 Общие принципы
Для проведения анализа отражения, водоотделяющая колонна представляет собой
натянутый стержень, который в некоторых случаях отклоняется от вертикального
положения на 10 °. Для измерения малых углов, фундаментальное уравнение Бернулли –
Эйлера в полной мере описывает отражение водоотделяющей колонны. Уравнение линии
изгиба водоотделяющей колонны рассчитывается из дифференциального элемента и сил
воздействующих на него. В анализе должна учитываться геометрическая нелинейность,
если водоотделяющая колонна отклоняется более чем на 10 °.
На Рисунке 4 приводится гидростатическое давление морской воды и бурового
раствора, напряжение на стенках колонны и масса колонны. Также показано отклонение
водоотделяющей колонны относительно изначального положения. В заключение,
указывается горизонтальная гидродинамическая сила. Уравнение статического равновесия
и простое уравнение изгиба приводят к уравнению движения. Система уравнений
коэффициента y" (см. Рисунок 4) называется эффективным напряжением. Данная система
уравнения, приводящая свойства водоотделяющей колонны, считается признанной и
изучается во многих областях. Показатели водоотделяющей колонны рассчитываются с
помощью дискретизированного уравнения или методом сосредоточенных параметров.
Результатом является система перекрестных уравнений, которые позволяют рассмотреть
различные характеристики водоотделяющей колонны и установку таких соединений, как
гибкая муфта и шаровой шарнир.
5.4.3.2 Моделирование
В общей практике водоотделяющая колонна смоделирована как колонна под
напряжением, подвергаемая перегрузкам вдоль всей длины и предельными условиями на
концах указанными ниже.
a) Характеристики элементов колонны под напряжением включают в себя
геометрию колонны, массу и производственный материал. Особую важность
представляет длина элементов колонны. Элементы чрезмерной длины не обеспечивают
равного распределения давления по всей длине колонны, в то время как элементы
слишком короткой длины увеличивают срок эксплуатации и затраты на их производство.
Длина рабочих элементов должна быть рассчитана с учетом предполагаемого уклона
водоотделяющей колонны, при этом элементы меньшей длины должны быть
расположены на участках резкой смены нагрузки или геометрии колонны. Обычно
подобная смена наблюдается в верхней части водоотделяющей колонны ближе к
поверхности воды в волновой зоне и у основания колонны поблизости с нижней гибкой
муфтой или шаровым шарниром. Любая промежуточная гибкая муфта или шаровой
шарнир (см. 4.9.1) также является участком резкой смены геометрии колонны.
b) Нагрузка на водоотделяющую колонну включает внутреннее и внешнее давление,
наряду с воздействием окружающей среды вызванное волнами и течениями. Внутреннее
и внешнее давление вызываются гидростатическим давлением бурового раствора и
морской воды соответственно. Анализ должен проводиться для всего диапазона
возможной плотности бурового раствора с учетом того, что колонна бурового раствора
имеет более высокое давление по сравнению с морской водой. Соединение обычно
моделируется с помощью трубопровода водоотделяющей колонны натуральной
30
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
величины для того, чтобы высчитать жесткость колонны на сгибе Ei. Размеры линии
глушения, штуцерной и вспомогательной линий, вдобавок к внешнему диаметру главной
трубы водоотделяющей колонны, должны учитываться при подсчете гидродинамической
силы на секциях колонны. При наличии модуля балластировки на колонне, внешний
диаметр модуля балластировки используется для определения гидродинамического
сопротивления и инерционного диаметра (см. 5.4.4). Модель должна демонстрировать
возможные способы защиты водоотделяющей колонны от движения морской воды.
Колонна, демонтируемая с бурового судна, должна быть защищена от морских волн и
течений до тех пор, пока она не опустится на глубину ниже киля судна, в то время как
колонна, демонтируемая с полупогружного основания подвержена нагрузке волн и
течений в любом месте ниже ватерлинии. Вес, подвергаемый анализу должен быть равен
общей массе водоотооделяющей колонны, включая линию глушения, штуцерную и
вспомогательную линии, а также муфты и кронштейны.
с) Верхние крайние значения обычно включают максимальное напряжение,
смещений и движений судна, а также описание вращательной жесткости верхней гибкой
муфты или шарового шарнира. Требуемое максимальное напряжение обычно зависит от
плотности бурового раствора. Оно может варьироваться в различных режимах
эксплуатации и условиях окружающей среды для каждого режима эксплуатации (см. 5.1).
Описание движения судна измеряется оператором амплитуды отражения (RAO) и
соотношением фаз. Передвижения судна, моделируемые в верхней части колонны
должны быть результатом характеристик колебаний (амплитуда и фаза), идентичных
используемым при моделировании нагрузки на водоотделяющую колонну.
Горизонтальному перемещению судна соответствуют постоянный ветер, нагрузка от волн
и течения, учитываемых при анализе удержания судна. В ходе работы могут быть
использованы необходимые манипуляции по якорной оттяжке в условиях долгосрочных
изменений нагрузки окружающей среды.
d) Нижние крайние значения являются результатом стыков/ разрывов
водоотделяющей колонны (см. режимы эксплуатации 5.3.1). При соединении, модель
колонны заканчивается на нижней гибкой муфте или шаровом шарнире, где
вращательная жесткость гибкой муфты или шарового шарнира являются нижними
краевыми значениями, а горизонтальная и вертикальная нагрузка наряду с углом наклона
колонны являются результатами анализа. Некоторые аналитики предпочитают
использовать направляющую обсадную колонну в качестве нижнего конца
водоотделяющей колонны. В этом случае нижняя гибкая муфта и шаровой шарнир
моделируется как промежуточная гибкая муфта или шаровой шарнир; нижний
соединительный узел, противовыбросовый превентор, устье скважины, обсадная колонна
являются частями модели водоотделяющей колонны. В данном случае, необходимо
моделировать коэффициент вращательной пружины, полученный из взаимодействия
почвы с обсадной колонной. Нижние крайние значения отсоединенной водоотделяющей
колонны должны включать либо вес противовыбросового превентора, либо только
нижний соединительный узел в зависимости от конкретной ситуации.
5.4.4 Эффективное напряжение
Эффективное напряжение регулирует устойчивость водоотводящей колонны.
Эффективное напряжение имеет несколько определений.
а) Коэффициент условия у' в основном дифференциальном уравнении,
описывающем поведение колонны.
b) Осевое натяжение высчитывается в любой точке водоотделяющей колонны с
учетом максимального напряжения и кажущейся массы колонны и ее содержание [106].
31
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Эффективное напряжение, Те, относится к осевому напряжению стенок колонны,
(также
именуемому абсолютным напряжением) по Формуле (5):
Trea1
Те = Trea1 —PiAi +РоАо
(5)
где Pi, Ро - внутреннее и внешнее давление;
Аi, Ао - внутренняя и внешняя площадь поперечного сечения;
Trea1 - осевое напряжение стенок колонны, полученное на силовой схеме свободного
тела конструкции водоотделяющей колонны. Free body diagram
Водоотделяющая колонна должна быть сконструирована таким образом, чтобы
эффективное напряжение всегда было положительной величиной во всех частях колонны.
См. описание установки минимального напряжения в 5.3.2, Приложении С.2.
1
– Недеформированная область
Рисунок 4 — Дифференциальный элемент водоотделяющей колонны
Направляющее дифференциальное уравнение движения приведено в Формуле 6.
fy = Mÿ+EI y"" - ΔTy'-Te y"" ,
(6)
где M = mr+ (π/4)×(ρmDi2)/g;
ΔT = (π/4)×(ρmDi2 – ρwDo2) + mrg - B
Te = (π/4)× [ρw × (Hw - x) × Do2 - ρm × (Hm - x) × Di2 ] + T
где В – сила плавучести на длину элемента;
Do – равно Dh, внешний (гидродинамический) диаметр секции водоотделяющей
колонны;
Di – внутренний диаметр секции водоотделяющей колонны;
ρm – плотность бурового раствора;
ρw – плотность морской воды;
32
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
EI – модуль упругости (модуль Юнга), Е, и момент инерции, I, относительно
нейтральной оси;
fy – приложенная гидродинамическая сила по оси «у»;
g – гравитационное ускорение;
Нm – высота столба бурового раствора;
Hw – высота столба морской воды;
М – общая масса (водоотделяющей колонны и бурового раствора) на длину
элемента;
mr – масса водоотделяющей колонны (включая оборудование плавучести) на
длину элемента;
Те – эффективное натяжение;
Т – эффективное натяжение на стенках труб;
ΔТ – изменение эффективного натяжения;
x – вертикальная координата с нижней точки водоотделяющей колонны;
у – горизонтальное смещение водоотделяющей колонны в х;
ÿ = d2 y/ dt;
у = дy/дx;
у " = д2y/дx2;
у """ = (д2/дx2 )( д2/дx2 ).
5.4.5 Гидродинамическая модель
5.4.5.1 Общее
Имеются три гидродинамические характеристики:
— морская поверхность: определение высоты волны и изменения периода
регулярных волн или в виде спектра длин волн;
— кинематика волны: отношение заданной скорости волны, вызванной движением
волны, в виде метрической функции ниже поверхности;
— алгоритм контроля силы: отношение заданной силы, приложенной скоростью
потока жидкости относительно водоотделяющей колонны.
Данные характеристики зависят от эмпирических данных. По причине увеличения
данных в каждой области, отсутствует общая модель для соответствующих операций.
а) Морская поверхность: Исходя из наблюдений, на морской поверхности
происходят хаотичные, многовекторные процессы. Расчеты для морских конструкций
основываются на периодичности однонаправленных волн. Имеются два принципа по
данным расчетам. В первом, имеется простота расчета для периодических волн, во
втором, при неблагоприятных погодных (расчетных) условиях превалируют
одночастотные волны. Требованиями экспертов является использование максимально
реалистичной модели расчета показателей хаотичных (случайных) волн, при которой
необходимо применение спектра длин волн, например, метод Пирсон-Москоуиц,
Jonswap, ICSS [100], [25]. Применяются линеаризованный метод представления в
частотной области и другие системы преобразования во временной области [24], [17].
b) Кинематика волны: Эксперты (проектировщики) разрабатывают модели
прогнозирования скорости жидкости и ускорению на морской поверхности. С целью
удовлетворения начальным условиям, данные увеличились с показателями по высоким
нелинейным методам, такие, как
Стокс 111, Стокс V, функция течения [100]. Данные сложные функции, требуемые
для практических целей, используются только с однопериодическими моделями волн.
Характеристики окружающей среды представляют соответствие теории линейных волн
Эйри при моделировании кинематики регулярных волн для определенного количества
33
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
точек в море.
Данный метод частично допустим при расчете показателей
водоотделяющей колонны для бурения по причине монтажа данного оборудования на
мелководье и ограничении теории волн Эйри. Линейность по данной теории допускается
при сочетании кинематики отдельных волн в спектральном представлении. Некоторые
ограничения сохраняются в других теориях по кинематике волн. Отсутствуют
соответствующие данные по гребням волн, также по течений с волнами.
с) Алгоритм контроля гидродинамической силы: Гидродинамические силы
рассчитываются посредством уравнения Моррисона [85]. В данном уравнении имеется
задача по отбору массового коэффициента и коэффициента трения (в странах с
неблагоприятными морскими погодными условиями). Усложнением данной задачи
является расчет коэффициентов обеспечивается по стационарным сооружениям.
Необходимо учесть влияние волн на смещение водоотделяющей колонны.
Коэффициенты сопротивления и массы, соответственно Сd и Сm, меняются
согласно с видом смещения, шероховатостью, числом Рейнолдса, числом КелеганаКарпентера, направлением вспомогательных линий. Приведение Сd определяет динамику
водоотделяющей колонны по причине управления трением гидродинамическим
возбуждением и глушением. Увеличение данного коэффициента не является
стабильным.
В Таблице 3 приведены часто используемые значения Сd и Сm.
Таблица 3 — Значения Сd и Сm
Секция водоотделяющей
колонны, обладающая плавучестью
(по диаметру элемента
оборудования плавучести)
Труба водоотделяющей колонны
(по диаметру главного трубопровода)
Число Рейнолдса
Сd
Сm
Число Рейнолдса
Сd
Сm
Re < 105
1,2
1,5 - 2,0
Re < 105
1,2 - 2,0
1,5 - 2,0
105 ≤ Re < 106
1,2 - 0,6
1,5 - 2,0
105 ≤ Re < 106
2,0 - 1,0
1,5 - 2,0
Re ≥ 106
0,6 - 0,8
1,5 - 2,0
Re > 106
1,0 - 1,5
1,5 - 2,0
Дополнительно используется «эквивалентный диаметр» и «эквивалентная
площадь» (главный трубопровод в дополнение к линиям глушения, штуцерной и
вспомогательной), основанных на суммировании расчетных диаметров и площадей с
соответствующими значениями коэффициентов Сd и Сm.
Уравнение Моррисона применяется для расчета гидродинамической силы на теле,
вызванной определенной скоростью и ускорением окружающей жидкости. Сила
параллельна потоку. При некоторых условиях, возможно действие высокочастотной
осциллирующей силы, перпендикулярной потоку и вызванной распространением
течений. При наличии собственной частоты вибрации водоотделяющей колонны,
связанной с частотой течений, может происходить вибрация со значительной
амплитудой. Данное явление имеет место в интенсивных и/или равномерных профилях.
Вибрация/колебания, вызванные вихреобразованием, сопровождается увеличением
трения. Методы прогнозирования данной вибрации (трение) в реальных условиях
отсутствуют, существуют общие принципы и рекомендации [32].
5.4.5.2 Анализ в трёхмерном приближении
34
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
В настоящем стандарте (также в соответствующей литературе) приводится расчет
показателей водоотделяющей колонны, основанный на движении в одной плоскости.
Допускается движение основания, волн, течений и водоотделяюещей колонны в одной
плоскости. При реальных условиях, волны образуют разносторонние направления, не
соответствующие действующему (при расчете). Движение основания приводится
различными видами качек и смещений. Метод расчета показателей должен обеспечить
движение колонны в трех плоскостях (направлениях). Данный расчет соответствует
разностороннему, хаотичному (случайному) движению волн под действием течений (под
любым углом) и движению основания. Уравнения движения остаются без изменений и
увеличиваются вдвое. Одна система уравнений для каждого из двух горизонтальных,
ортогональных направлений, две системы соединяются через нелинейные отношения
(например, гидродинамическая сила).
5.4.6 Методика сосредоточенных параметров
Дифференциальное уравнение с частными производными непосредственно
определяет допуск водоотделяющей колонны при расчете общих задач. Данное уравнение
преобразовывает систему конечных длин элементов посредством методов конечной
разности и конечных элементов. Допуск водоотделяющей колонны может
характеризоваться узлами, в которые соединены элементы.
Решение заключается в
данных по смещению, вращению, изгибающем моменте, др. в узлах колонны. В момент,
когда данные элементы (однородные) обладают определенными свойствами,
неоднородные - рассчитываются путем варьирования свойств от одного элемента к
другому. Дискретность водоотделяющей колонны приводится к системам совместных
уравнений посредством компьютерных программ.
Методы конечной разности и конечных элементов являются вариантами
установления совместных уравнений. Метод конечной разности включает перевод
непрерывной производной в линейную (конечную) разность. Наглядные примеры данного
метода для расчета показателей водоотделяющей колонны приведены в проекте «Мохоул»
(1965 год) [89]. В 1975 году были подвергнуты экстенсивному преобразованию уравнения
по водоотделяющей колонне и метод решения конечной разности [17].
По методу конечных элементов установлено, что деформация сегментов выражается
в виде суммы систем уравнений деформации, связанных с отклонениями узлов. Данный
метод (по отношению к водоотделяющей колонне) подробно приведен в [38].
Данные методы предназначаются для представления соответствующих результатов
при правильном применении. Наиболее критические представления складываются в
определенное количество элементов в составе водоотделяющей колонны. Расстояние
между узлами должно быть определенным (небольшим) в местах, где имеется высокое
значение изгибающего момента. Таковыми являются области волн, также возле нижней
части водоотделяющей колонны, при которой натяжения – минимальные. По причине
применения уравнений высшего порядка в методе конечных элементов между узлами, в
отличие от метода конечной разности. Соответствующее конечноэлементное решение
возможно с меньшими узлами, чем при применении иного метода. В виде основного
принципа, количество узлов может варьировать от 30 до 40 штук на мелководье при
применении метода конечных элементов, также нескольких тысяч на глубоких водах при
применении метода конечной разности.
5.4.7 Решение систем уравнений
Предыдущий пункт связан с математическими методиками преобразования
пространственных производных в дискретные смещения координат с целью решения
систем уравнений. Определяющие уравнения для водоотделяющей колонны включают
производные по времени в инерционных составляющих, в результаты которых входят
35
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
матрицы массы и ускорения в каждом узле. При необходимости в уравнение может быть
добавлено демпфирование конструкции. При наличии динамического члена,
рекомендуется применение дополнительного математического метода.
Для двумерного расчета показателей водоотделяющей колонны действует волновая
активность и смежное смещение основания, вызывающие динамическое возбуждение.
Волны прикладывают динамические, изменяющиеся во времени силы на колонну, при
качке основанием верхней части водоотделяющей колонны, действующие динамические
силы. Приложенные натяжения водоотделяющей колонны включают динамические
элементы, вызванные неидеальными показателями системы натяжения, инертностью,
геометрическими показателями, связанными с движением основания, колонны и
телескопического соединения.
Имеются методы: статический, квазистатический и динамический. Статический
метод определяет только движение водоотделяющей колонны к постоянному выносу
основания и профилю, который может меняться с глубиной (не со временем).
В квазистатическом методе, параметры, зависящие о времени параметры
варьируются в системах статических задач.
Влияние инерционного эффекта не включается. Также исключается из
гидродинамического расчета относительная скорость водоотделяющей колонны,
пропускающей воду. Движение волны и основания устанавливаются позже колонны,
статическая задача рассчитывается на каждый шаг, максимальные значения основного
параметра наблюдаются над периодом волны.
Имеются два способа решения уравнения при включении динамики и относительной
скорости. Решение интервалом времени является более направленным и
непосредственным методом и включает прямое интегрирование уравнений. Наиболее
распространенными методами численного интегрирования являются схемы Рунге-Кутта и
Ньюмарка-Бета [141]. Данные методы позволяют добавление общей нелинейности,
например, нелинейная гидродинамическая сила, нелинейное свойство почвы, нелинейные
фрикционные характеристики, др. В данном явлении отсутствует фактическая
ограниченность, которая может иметь место. Погрешность является потерей. Решение
должно быть приведено больше относительного числа итераций и представлять одну
комбинацию параметров.
В [23] описана методика частотной области, которая, посредством сокращения,
обеспечивает уменьшение погрешности. Приложенные силы и действия принимают
синусоидальными,
нелинейные
функции
–
линейными
относительно
квазиустановившихся, средних чисел. Сложность метода заключается в нелинейной,
гидродинамической силе трения. Итерационная процедура применяется при варьировании
эквивалентного линейного трения последовательностью решений до получения равной
амплитуды нелинейного трения. Соответственно в [63] приводится модификация
методики частотной области, предназначенной для сочетания течений и волн и
увеличивающей точность с определенным значением погрешности.
5.4.8 Локальный расчёт методом конечных элементов
Задачами показателей водоотделяющей колонны используется метод конечных
элементов (метод балки) с целью определения соответствия структуры колонны. Решения
данных задач не уточняют локальные детали, которые включают узлы двух соединений,
соединения секций водоотделяющей колонны с соединительной муфтой (шаровым
шарниром), также стык секции и телескопического соединения.
Если
проектировщик
разрабатывает
данные соединения по причине
перенапряжения, факторов сосредоточения высокого напряжения (уменьшающих срок
службы), повышенной деформации, др., то для расчета напряженного состояния и
36
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
деформации соединения необходимо применять локальный анализ (расчет) методом
конечных элементов.
Основной целью метода конечных элементов является представление соединения с
применением трехмерных конечных и осесимметричных элементов. Если используются
элементы в плоском напряженном состоянии или с плоской деформацией, необходимо
убедиться, что модель конечных элементов испытана в соответствии с данными
состояниями.
Структурные элементы (локальные) должны быть разработаны при обеспечении
заданного взаимодействия элементов. Действие нагрузок при локальном расчете методом
конечных элементов рассчитывается при общем анализе показателей водоотделяющей
колонны для различных условий нагрузок.
В зависимости от модели конечных элементов, взамен сил и моментов, для
смещения и вращения могут быть использованы нагрузки (и изменения) разностей общей
и локальной моделей.
Локальная сетка конечных элементов должна формироваться посредством
накопления опыта проектирования, учитывая отношения длин сторон конечных
элементов, отбор конечных элементов (в зависимости от вида функции формы для
получения элементов), предельные условия и плотность (густоту) сетки. Плотность
сетки существенна в местах, где имеются изменения (скачки) напряжений.
5.5 Принцип совместного/разделенного анализа
Совместный и разделенный анализ показателей водоотделяющей колонны для
бурения и направляющей обсадной колонны для определения структурной целостности и
работоспособности обеспечивает изученность взаимодействия системы первой колонны
водоотделяющих труб.
Более подробные рекомендации и примеры с решениями для разработки и расчета
по принципу совместного/разделенного анализа приведены IS0/TR 13624-2. Данный отчет
распространяется на систему водоотделяющей колонны от направляющей обсадной
колонны, находящейся ниже линии бурового раствора, верхней соединительной муфты
(шарового шарнира), включающей стыки элементов; не распространяется на соединение
водоотделяющая колонна/основание, т.е. влияние колонны на основание (RAO).
Совместный анализ включает моделирование системы водоотделяющей колонны
для бурения по определенному принципу.
Разделенный анализ включает элементы водоотделяющей колонны для бурения и
ВОР/направляющую по отдельности. Нагрузки, передающиеся с основания
водоотделяющей колонны в нижнюю соединительную муфту на модели конструкции
колонны для бурения (водоотделяющей), распространяются на верхнюю часть LMRP в
конструкциях ВОР/направляющей.
5.6 Принцип анализа при сдвиге/перегоне
5.6.1 Введение
Принцип анализа при сдвиге/перегоне для систем водоотделяющей колонны для
бурения устанавливают предел разъединения по динамической стабилизации (DP)
основания. Данный анализ применяется для определения сигналов (желтого и красного)
удаления, предупреждающие о смещении (сдвиге/перегоне).
5.6.2 Обзор анализа при сдвиге/перегоне
При проведении буровых операций, смещение бурового основания с
соответствующего положения ограничивается определенным процентом глубины, от 1 %
37
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
до 2 % при вращении или вертикальном движении буровой трубы в водоотделяющей
колонне. Данное действие предотвращает износ колонны.
При сбое системы DP, основание может быть смещено (явление сдвига или
перегона). Общие принципы применяются для заданных пределов с целью
предупреждения при принятии определенных мер для обеспечения разрыва без
допустимых ограничений. Пределы смещения предопределяются при образовании
явлений, вызывающих сдвиг/перегон системы водоотделяющей колонны..
Целью анализа при сдвиге/перегоне являются:
— Определение показателей при разрыве водоотделяющей колонны (определение
красных и желтых сигналов смещения);
—
Определение допустимых пределов (ограничений) для соответствующих
действий, регулирующих разрыв водоотделяющей колонны. Включает верхний и нижний
углы колонны, телескопическое соединение, ход натяжного устройства, изгибающей
момент и усилие направляющей.
Имитационное моделирование сдвига устанавливает направление основания над
устьем, подвергающиеся воздействию ветра, волн и течений без сопротивления
поворотного движителя. При сдвиге сопровождается блок запирающих сигналов.
Имитационное моделирование перегона устанавливает действие, подобное при сдвиге, за
определенный интервал времени, также смещение под действием ветра, волн и течений.
Прогнозирование данного смещения отбирается для анализа, рассчитывающего
заблаговременное предупреждение системы DP время реакции DPO. Подготовка DPO
представляет оценку вероятного движения при сдвиге/перегоне.
Данное моделирование должно выполняться при применении и учитывая
переходной процесс, исследования данных, изменяющихся во времени (или эквивалент),
включая влияние силы упругости, вращения основания, влияние соединений BOP,
направляющую трубу и сопротивление почвы.
Анализ для данного метода используется для производственных целей. В заданную
подготовку (разработку) включаются расчеты усилий разрыва, распространяющихся на
неисправность элемента при маловероятных явлениях – сбоях системы DP,
несоответствии водоотделяющей колонны при разрыве с устьем и других определенных
ситуациях, приводящих разрыву с устьем по причине сбоя системы DP и системы
водоотделяющей колонны; а также погодных явлениях, при которых смещение основания
превышает допустимые пределы. Определенный запас в системах DP, разъединенных
системах водоотделяющей колонны и низкая частотность метеорологических явлений
предопределяют низкую вероятность сдвига/перегона, разрыва.
5.7 Принцип анализа усилий разрыва
5.7.1 Введение
Анализ усилий разрыва может быть проведен для определения наиболее вероятной
причины повреждений в системах водоотделяющей колонны/устьевого оборудования.
Также метод может быть использован при отборе направляющей, устьевого оборудования
с целью поддержания ствола скважины в экстремальных условиях.
5.7.2 Обзор анализа усилий разрыва
Необходимо отметить, что при поддержании ствола скважины выполняется
следующая последовательность явлений:
а) динамическая стабилизация или сбой швартовочной системы;
b) чрезвычайная ситуация и/или сбой механической разделительной системы;
38
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
с) неблагоприятные погодные условия, действующие на зависящие от смещения
силы (на колонну), и приводящие к смещению основания под действием нагрузок, при
которых происходит сбой элементов;
d) эксплуатация скважин в критических условиях, например, разрыв
водоотделяющей колонны при значительном экологическом ущербе (т.е. бурение в
углеводородсодержащей области или испытание скважины).
С низкой вероятностью возникновения, рассчитывается уменьшение положений
буровой установки и системы разъединения водоотделяющей колонны на установках (с
динамическим позиционированием), в дополнение с возможным возникновением при
заданных окружающих условиях. По данной причине, анализ не выполняется при
нормальных условиях эксплуатации.
Определение погодных условий требует деления необходимых и допускаемых
нагрузок при сбое. Данный анализ также может быть использован при оценке риска (при
вероятности возникновения). В некоторых случаях, погодные условия могут не повлиять
на результат сбоя и быть непригодными для анализа усилий разрыва, т.е. системы
водоотделяющей колонны/устьевого оборудования укреплены на буровой установке без
сбоев. Данный анализ может быть применен при определении требуемых минимальных
окружающих условий и процедур, которые могут быть разработаны для предотвращения
сбоя при появлении, т.е. планируемый разрыв водоотделяющей колонны приведет к
воздействию окружающей среды.
При анализе усилий разрыва устанавливаются причины возникновения
потенциальных сбоев. Данный анализ выполняется посредством программ
(компьютерных) конечных элементов. Элементы системы разрабатываются из систем
натяжения к структурной направляющей, включая телескопическое соединение,
соединительную муфту, ВОР, устье, грунтовое основание.
Два элемента, устанавливающие предел текучести, представляют телескопическое
соединение, расположенное непосредственно под натяжным кольцом и структурная
направляющая. После достижения нижнего предела натяжного устройства,
устанавливаются предельные нагрузки. Данное действие рассчитывает изгибающий
момент и натяжения в телескопическом соединении и оборудовании поддержания
скважины при представлении главной нагрузки в виде натяжения. Оптимальным
условием при анализе усилий разрыва является достижение телескопического
соединения и колонны разрыва на оборудовании, работающем под давлением.
Элемент, достигший первым заданный предел области, может не быть
подвергшимся сбою первым. К примеру, если структурная направляющая первой
определяет заданный предел области, то существует возможность деформации и снятия
нагрузки на данном элементе, при увеличении нагрузки на телескопическом соединении.
Данное соединение удерживается системой натяжения в то время, когда на
направляющую оказывает влияние почвы.
Упругопластический анализ может быть выполнен при применении
соответствующих свойств материала отобранных элементов. Показатели деформации,
вызванной напряжением, могут применяться с помощью компьютерных программ для
анализа причин сбоев отобранных элементов. Смещение буровой установки
увеличивается до достижения определенного предела растяжения волокна, что позволит
определить причину возникновения сбоя. Данный метод анализа рассчитывает
уменьшение нагрузок в определенной области и обеспечивает расчет показателей
элемента посредством фактической площади и предельной прочности.
Явление сбоя (повреждения) является результатом действия экстремальных
окружающих условий, также соответственно динамического воздействия на достижение
39
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
нижнего предела в натяжном устройстве. Нагрузки в телескопическом соединении
увеличиваются по сравнению с другими элементами, и в большинстве случаев сбой
(повреждение) прогнозируются в данном элементе.
Данный метод анализа не включает полного отделения элементов по причине
отсутствия локального, продольного изгиба (в виде эллипса), применения пластикового
шарнира, эластичного удлинения, перераспределения нагрузок или образования трещин
при конечном отделении.
5.8 Принцип анализа отдачи
5.8.1 Введение
В 5.8 приводится анализ отдачи водоотделяющей колонны.
Задачей данного метода является применение и сосредоточение расчетов на
глубине 3048 м (10000 футов). Метод рассматривает последовательность действий при
аварийном разрыве (EDC) и сбросе соединителей LMRP.
5.8.2 Обзор анализа отдачи
Для полного завершения EDS необходимо от 30 секунд до 40 секунд. Система
аварийного разрыва может быть определена последовательностью действия разрыва для
соответствия различным положениям. Определенные изменения углов смещения и
соединительной муфты могут быть при соответствующих (коротких) промежутках
времени. Под данными положениями, имеется определенный промежуток времени для
перемещения бурового растворам морской водой, также уменьшается предельное
натяжение для подготовки разрыва.
Разрыв происходит на соединителях между LMRP и верхней частью блока ВОР.
Данное действие вызывает нарушение баланса натяжения, ускоряя движение
водоотделяющей колонны, и приводящей к отдаче колонны. Неспособность управлением
отдачи может быть причиной влияния колонны на соответствующую часть основания с
силой, которая может превзойти допустимые нагрузки на конструкцию элементов по
определенным траекториям действия (на замковых соединениях внутренних труб, верхней
соединительной муфте, отводном устройстве, роторном столе, др.). Буровые основания
оснащаются системой управления отдачи водоотделяющей колонны. На данном
оборудовании имеется широкий диапазон конфигураций характеристик. При
соответствующем планировании, подготовке и применению техники, возможен
безопасный аварийный разрыв, в случае, соединения колонны с устьем. Полный анализ
отдачи водоотделяющей колонны моделирует поведение системы при различных режимах
и может обеспечить принципы ведения при действии на замковых соединениях, установке
систем управления отдачей и на ограничениях эксплуатации (натяжение, масса бурового
раствора, движение основания). Необходимо учесть, данный анализ моделирует подробно
систему натяжения, расчет кинематики на движущихся элементах (включая воду и нефть),
силы, давления и трения (процесс). Аналогичный расчет применяется на буровой колонне
для определения действий нагрузок, действующей на водоотделяющую колонну.
Более подробно данный метод, также примеры с расчетами приведены в [149].
5.9 Сильноточные окружающие условия (течения)
5.9.1 Введение
Проблемы при эксплуатации являются причиной использования водоотделяющей
колонны для бурения на течениях со скоростью более 1 м/с (~ 2 узла), также при
некоторых обстоятельствах на поверхностных течениях со скоростью 0,5 м/с (~ 1 узел), в
частности, при спуско-подъемных операциях. Причиной возникновения помех являются
нагрузки с высоким сопротивлением на водоотделяющей колонне, основании и
40
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
швартовочной системе, также при возможном действии вибраций/колебаний, вызванных
вихреобразованием [39]. Сильноточное индуцированное сопротивление определяется на
относительно больших углах водоотделяющей колонны и при высоком изгибающем
напряжении. Исключая высокое сопротивление, сильные токи могут быть причиной
возникновения поперечной вибрации конструкции колонны, уменьшающее срок службы.
Сильноточные нагрузки сопротивления основания и его швартовочной системой
вызывают высокие напряжения якорной растяжки и соответственно увеличивают
смещение основания с отрицательным воздействием на угол колонны. Функцией
швартовки должна быть оценка нагрузок на системе водоотделяющей колонны (см. [153]
для проектирования и анализа для систем двухточечного причала).
Сильные токи имеют воздействие на операции, проводимые на открытой водной
поверхности, включая спуск направляющей обсадной колонны и другие спускоподъемные операции для водоотделяющей колонны и ВОР.
При определении возможных вибраций/колебаний (вызванные вихреобразованием)
колонны, расчеты значений включают соответствующие показатели1 водоотделяющей
колонны и гидродинамических волнений. Получение данных значений требуется при
установке помехоподавляющего оборудования (например, устройств уменьшения
сопротивления).
5.9.2 Mитигация (минимизация воздействия на окружающую среду)
Нижние углы соединительной муфты (шарового шарнира) могут быть уменьшены
при движении основания относительно устья. В таких случаях, необходимо обеспечить
соответствие, верхний угол соединительной муфты (шарового шарнира) должен быть
расположен в пределах допустимых пределов. Увеличение предельного натяжения
может уменьшить угол колонны, также определить высокое осевое напряжение и
увеличить нижнее натяжение.
Для действий, описанных выше, применяется устройство уменьшения
сопротивления [39]. Данное устройство имеет развитую аэродинамическую форму;
изготавливается из стекловолокна и соответственно прикрепляется к водоотделяющей
колонне с целью обеспечения направления. В зависимости от конструкции, данные
устройства могут уменьшать сопротивление течения более, чем в 2 или 3 раза, также
предотвращать вибрации и колебания, вызванные вихреобразованием. Действие данных
устройств эффективно, но требует трудоемкой установки и разборки; также увеличивает
время на спуско-подъемные работы. В регионах, подверженных явлению тропического
шторма, увеличивается время на разборку устройства уменьшения сопротивления (после
установки).
Также
для
противодействия
вибрациям/колебаниям,
вызванным
вихреобразованием, применяется пояс обшивки [39]. Данное приспособление
фиксируется в водоотделяющей колонне в спиральной намотке. При сдерживании
колебаний, водоотделяющая колонна, оснащенная данным поясом вызывает большее
(лобовое) сопротивление, в отличии от колонны, на которой отсутствует данное
приспособление.
Установка секций водоотделяющей колонны со смещением (в шахматном порядке)
при наличии/отсутствии плавучести, может повлиять на уменьшение вибраций и
колебаний [22], [119].
_________
1)
Публикации [4], [35], [54], [55], [57], [113], [114], [115], [116], [119]-[129].
41
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
5.9.3 Расчет
Расчетное прогнозирование и описание вибрации/колебания (вызванные
вихреобразованием) водоотделяющей колонны является комплексным анализом,
зависящим от скорости течения и уровня поперечных колебаний/вибраций колонны.
Геометрия, масса (соответственно зависит от элементов) водоотделяющей колонны,
также натяжение влияют (действуют) на уровень поперечных колебаний/вибраций.
Возбуждение вибраций (уровня) зависит от скорости течения и его распределения по
колонне.
Для отбора профиля скоростей течения необходимо исследовать определенные
показатели, получение которых может быть затруднительным, особенно, при
исследовании местоположения скважин.
Предельные токи течений, к примеру, за период 10 лет, могут не вызывать
усталостную нагрузку. Скорость течения или распределения, связанная с предельным
током, может увеличивать уровень (вибраций), или ее продолжительность может быть
причиной возникновения усталостной нагрузки. На срок службы могут влиять низкие
скорости течения с отрицательно воздействующим распределением, при более
длительном действии.
5.9.4 Управление водоотделяющей колонной
Соответствующее управление водоотделяющей колонной при сильноточных
условиях требует постоянных данных по расположению судна, верхних и нижних углов
соединительной муфты/шарового шарнира, профиля скоростей течения. Соответствующее
оснащение инструментами измерения и показания должно быть обеспечено постоянной
готовностью к определению.
5.9.5 Операции, проводимые на открытой водной поверхности
5.9.5.1 Операции, проводимые на открытой водной поверхности, включают
бурение для направляющей обсадной колонны, цементирование пробуренной
поверхности, спуско-подъемные операции водоотделяющей колонны и ВОР.
Должны быть учтены предельные допустимые критерии (окружающей среды) при
спуско-подъемных операциях. Подготовка должна включать следующее (минимально):
а) анализ вибраций/колебаний, вызванных вихреобразованием;
b) анализ поперечного смещения;
с) определение чувствительности к осевому отклонению колонны при спускоподъемных работах ВОР/LMRP; инструменты для данных работ, передвижное
оборудование должно быть рассчитано с учетом действия максимальных статических и
динамических нагрузок.
5.9.5.2 Для определения предельных токов течений и волн, при которых может
проводится спуск направляющей, учитывается нижеследующее.
а) Определение минимального срока службы, требуемого для безопасного
проведения операций.
b) Для основных крайних профилей скоростей течения (наружных, внутренних)
рассчитывается предельный профиль, обеспечивающий минимальный срок службы, на
следующих глубинах эксплуатации:
1) 5 % от глубины воды (WD),
2) 15 % от WD,
3) 25 % от WD,
4) 40 % от WD,
5) 60 % от WD,
6) 80 % от WD,
7) 35 % от WD.
42
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
с) Направляющая расположена в отверстии (жёсткая утяжелённая нижняя часть
буровой колонны).
d) Предельный профиль, приведенный в b) на каждом этапе эксплуатации,
коэффициент сопротивления Сd должны быть рассчитаны для применения при анализе
поперечного смещения.
При недостаточном сроке службы элементов на прогнозируемом течении, также при
действиях
(например,
пояса
обшивки),
направленных
на
уменьшение
вибрации/колебания,
вызванных
вихреобразованием,
необходимо
проводить
исследования спусковых работ (направляющей) или других операций, ограничивающих
интервал времени токов попутных течений.
Соответствующие действия (отклик) при удержании водоотделяющей колонны по
сравнению с соединенной колонной отличаются, поэтому при эксплуатации
водоотделяющей колонны или при удержании разрыва водоотделяющей колонны и LMRP
при сильноточных течениях необходимо проводить раздельный анализ элементов.
5.10 Принцип анализа системы удержания
5.10.1 Цель
В 5.10 приводится описание принципов анализа для водоотделяющей колонны при
бурении в случаях поддержки основанием и разрыва с устьем. Данные условия
называются удержанием.
5.10.2 Общее
Принципа анализа данного пункта применим к водоотделяющим колоннам,
удерживаемым с основания передвижной плавучей буровой установки.
5.10.3 Обзор
Для удержания водоотделяющей колонны используются два режима: спускоподъемный и штормовой. В данных методах показатели водоотделяющей колонны
рассчитываются для демонстрации предельных напряжений, смещений/ образуемых
промежутков и вращений, соответствующих характеристикам колонны и другого
оборудования, при выполнении удержания. Результатами анализа являются:
а) расчет предельных режимов работы при спуско-подъемных операциях
водоотделяющей колонны;
b) возможность применения тяжелого/легкого удержания; при определенном
(долгом) волнении или при периодичных изменениях окружающей среды;
с) определение количества неизолированных секций в нижней части
водоотделяющей колонны.
Примеры с расчетами для удержания водоотделяющей колонны приведены в [5],
[20].
5.10.4 Определения
Для системы удержания водоотделяющей колонны применяются следующие
определения.
а) Спуско-подъемный режим: Спуск или подъем водоотделяющей колонны при
условиях окружающей среды, определяющих пригодность операций на буровой
установке. Спуск водоотделяющей колонны может быть проведен вместе с ВОР или
LMRP.
b) Штормовой режим: Водоотделяющая колонна удерживается (разъединенная) на
уровне устья при неблагоприятных погодных условиях (вместе с LMRP).
с) Тяжелое удержание: Водоотделяющая колонна прикреплена к основанию;
происходит параллельное движение. Данное удержание применяется при спускоподъемном и штормовом режимах.
43
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
d) Легкое удержание: Водоотделяющая колонна опирается на основание с помощью
либо натяжного устройства, либо натяжного устройства и компенсатора качки. Данная
опора действует по принципу «незакаленной пружины» и используется при определенных
(незначительных) качках. Амплитуда движения бурового основания больше, чем у
водоотделяющей колонны; изменений нагрузок водоотделяющей колонны, в отличие от
тяжелого удержания, меньше.
е) Компенсатор качки: Приспособление, используемое для опоры буровой колонны.
Также применяется вместе с системой натяжения при легком удержании.
f) Устройства
удержания
водоотделяющей
колонны:
Приспособления,
используемые для защелки внутреннего профиля системы и соединенные с
компенсатором качки.
5.10.5 Принципы моделирования (конструирования)
Два режима удержания водоотделяющей колонны должны быть подвергнуты
анализу (спуско-подъемный и штормовой). Периодически изменяемые условия
окружающей среды (например, зыбь)
могут подтверждать оценку/применения
определенного режима удержания.
При данных режимах водоотделяющая колонна может располагать открытым
доступом с нижней части и заполненной водой, свободной для движения (внутри и
снаружи); за исключением случаев, когда при эксплуатации обнаруживается (происходит)
закупорка морской воды или буровой жидкости. Во избежание данного явления,
необходимо применить эффект присоединенной массы к жидкости
5.10.6 Моделирование (конструирование) спуско-подъемного режима
При спуско-подъемном режиме водоотделяющая колонна опирается посредством
тяжелого удержания, начиная с удержания на талевом блоке при отсутствии компенсации
движения или спуска в спайдер. Для выполнения анализа рекомендуется применять
нижеприведенные модели.
Приближенная к устью модель с) является наиболее распространенной, при которой
большая масса колонны расположена в воде. Модели а) и b) могут применяться при
благоприятных окружающих условиях.
а) Модель волновой зоны: LMRP и ВОР расположены в волновой зоне. Данную
модель следует применять так, как силы ударного воздействия волн на ВОР и LMRP при
сопротивлении поверхностного течения являются причиной поперечного смещения
водоотделяющей колонны, рассчитывая напряжения при изгибе в точке тяжелого
удержания (на основании). Смещения и напряжения могут быть значительными в случае,
если период поперечного изгиба водоотделяющей колонны равен (приблизительно)
периоду волны.
b) Промежуточная модель: LMRP и ВОР расположены в местах, где имеется
максимальная скорость течения или где сила сопротивления течения на данные элементы
вызывает максимальный изгиб. Данная модель может быть использована для вычисления
предельного поперечного смещения, которое должно быть проверено на соответствие
буровой шахты на буровом судне и понтона (полупогружного основания). Также
используется для оценки гнезда (кожуха) при удержании водоотделяющей колонны с
талевого блока.
с) Приближенная к устью модель: LMRP и/или ВОР расположены над устьем
скважины. Данная модель может регулировать
отбор неизолированных секций
водоотделяющей колонны. Имеются два метода отбора.
1) Наличие одного элемента (LMRP) в водоотделяющей колонне. В данном случае,
для предотвращения сжатия в верхней части необходимо обеспечить минимальным
количеством неизолированных соединений с целью утяжеления.
44
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
2) Наличие ВОР в водоотделяющей колонне. В данном случае максимальное
количество неизолированных соединений не должно быть превышено с целью того, чтобы
предельное натяжение было меньшим, чем мощность подъемного механизма.
В данных моделях не должен быть рассмотрен ход телескопического соединения с
момента, когда соединение повреждено и заблокировано. Положение точки тяжелого
удержания, связанного с центром тяжести (ЦТ) основания, не должно присутствовать в
модели таким образом, что RAO (проводник амплитуды отражения) основания мог быть
приложен.
5.10.7 Моделирование (конструирование) штормового режима
При шторомовом режиме, водоотделяющая колонна может опираться посредством
тяжелого и легкого удержания. В следующих моделях, водоотделяющая колонна
расположена вблизи устья скважины, ВОР или LMRP – в колонне.
а) Для тяжелого удержания, телескопическое соединение блокируется на основании.
b) Для легкого удержания могут быть применимы два способа:
- удержание натяжным устройством, при котором масса водоотделяющей колонны
поддерживается посредством системы натяжения;
- удержание натяжным устройством и компенсатором качки, при котором масса
водоотделяющей колонны совместно поддерживается посредством системы натяжения и
компенсатором качки.
Система натяжения может быть сконструирована при помощи пружин, данный
способ приведен более подробно в 4.4, [149]. Пружина используется в сборке элементов
компенсатора качки. Телескопическое соединение может быть сконструировано при
использовании балок, приведенным в 4.4, [149]. Данный способ конструирования
подходит для прогнозирования вывода в натяжном устройстве, телескопическом
соединении и в компенсаторе качки. Данные элементы устанавливаются в среднем
положении с целью уменьшения вероятности превышения предельного хода.
Для конструкции необходимо определить положение опоры элементов (крайние
концы пружин, др.), соответствующей ЦТ основания при надлежащем применении RAO
основания.
5.10.8 Принципы анализа
По причине наличия динамических показателей при удержании, временной анализ
должен быть проведен при расчете случайных волн, времени моделирования (минимум
1000 раз за период колебаний волны через нулевую отметку).
Спуско-подъемный и штормовой режимы используются при двух определенных
типах метеорологических условий. Для спуско-подъемного режима данные условия
включают качку основания, при которой работы на буровой установке проводятся при
ручном (механическом) управлении. Для штормового режима соответствует
долговременное явление. Носовая и кормовая (с углом ± 20 ° для основания в виде судна)
волны предназначаются для оценки удержания.
Для оценки основных характеристик необходимо выполнять соответствующие
исследования, включая нижеследующие параметры:
а) тангенциальная присоединенная масса;
b) период волны.
5.10.9 Критерии оценки
При штормовом режиме используются следующие критерии оценки:
а) определенный предел хода системы натяжения, телескопического соединения и
компенсатора качки при легком удержании;
b) отсутствие контакта между водоотделяющей колонной и буровой шахтой;
45
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
с) максимальное предельное натяжение: значения показателей подъемного
механизма;
d) минимальное предельное натяжение: 10 % от значений показателей подъемного
механизма (для предотвращения давления на спайдер/подъемный механизм);
е) минимальное натяжение на водоотделяющей колонне: неопределенный предел
при кратковременном влиянии давления в водоотделяющей колонне, не приводящий к
сбою [19];
причинами возникновения данного давления являются предельные
напряжения;
f) максимальное предельное натяжение: значения показателей основания,
отводного устройства, верхней соединительной муфты и других элементов (устройства
удержания);
g) максимальные предельные поперечные нагрузки, изгибающие моменты:
значения показателей подъемного механизма;
h) напряжения на водоотделяющей колонне: см. 5.3.
5.10.10 Комментарии при легком удержании
Уменьшение изменения нагрузок можно привести открытием APV (дополнительных
емкостей высокого давления), т.е. уменьшив напряжение в системе натяжения,
увеличивается осевой период водоотделяющей колонны (при первом притоке) по
сравнению с периодом качки основания.
а) При легком удержании водоотделяющей колонны, конструкция может включать
либо одно, либо несколько натяжных устройств. Линия натяжения может быть
сконструирована для поглощения асимметричных нагрузок, образованных частотными
движениями основания (поперечное колебание, качка и другие отклонения). Пружина
используется в виде проволоки натяжного устройства. В дополнение с удержанием
водоотделяющей колонны моделируется (конструируется) определенный ЦТ, по которому
основание соответствуют водоотделяющей колонне.
b) В [20] описывается анализ регулярных волн, в котором приведены преимущества
собственных (свободных) по сравнению со случайными колебаниями.
6 Эксплуатация водоотделяющей колонны
6.1 Введение
Проектирование составляющих элементов водоотделяющей колонны для бурения
приводится для соответствующей эксплуатации (вводе в действие (выводе)
водоотделяющей колонны и блока ВОР. Проектировщику необходимо учесть нормальные
и ненормальные условия окружающей среды (вызванных при аварийном разрыве и при
проведении удержании). Данные условия предназначены для критериев проектирования.
В Разделе 6 приводятся примеры эксплуатации водоотделяющей колонны.
Эксплуатационный персонал при работе на буровой установке должен быть оснащен в
соответствии с определенными процедурами, в зависимости от использования
оборудования. Данные процедуры должны включать указания к определенному
оборудованию (элементам водоотделяющей колонны), резервуарам для хранения и
транспортному оборудованию.
Обслуживание и использование водоотделяющей колонны должно проводиться
обученным и квалифицированным персоналом, например, проектировщиками, имеющим
определенные обязанности и опыт, работающим как при нормальных условиях, так и при
потенциальных факторах риска.
46
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
6.2 Механический режим эксплуатации водоотделяющей колонны
Общее руководство, соответствующее современным требованиям и включающее
нижеследующие пункты, должно постоянно применяться для обеспечения необходимыми
данными о системе водоотделяющей колонны и буровом основании:
а) определенный материал (от производителя) по элементам водоотделяющей
колонны, составляющий габаритные размеры, значения массы и номера деталей;
b) показатели нагрузок (от производителя) элементов водоотделяющей колонны,
работающих в наиболее неблагоприятных условиях;
с) внутренние и разрушающие показатели водоотделяющей колонны и составных
линий;
d) обслуживание и проверка элементов;
е) спуско-подъемные операции водоотделяющей колонны;
f) установка максимальных и минимальных натяжений;
g) эксплуатационные ограничения и аварийные операции;
h) список рекомендуемых запасных частей;
i) критерии и работы при резке и освобождении линий натяжного устройства
При любом изменении точки бурения необходимо приводить в соответствие
(обновлять) режим работы системы водоотделяющей колонны и определенных рабочих
условий. Данные, зависящие от местных условий, подготавливаются при данных
изменениях с целью дополнения руководства по эксплуатации. Заданный комплект
водоотделяющей колонны (сбор секций колонны) и рабочие габариты включаются в
данные характеристики.
6.3 Информационные системы водоотделяющей колонны для бурения
6.3.1 Мониторинг и прогнозирование
Эксплуатационные ограничения зависят от таких факторов, как:
— предельное натяжение и плотность бурового раствора;
— углы соединительной муфты/шарового шарнира;
— местоположение основания;
— волнение и скорость течения.
Данные параметры должны регулярно контролироваться и фиксироваться в журнал
учета эксплуатации с целью обеспечения подробным отчетом показателей эксплуатации.
Данные записи предоставляют накопленный опыт для дальнейшего использования и базу
для определения оценок показателей водоотделяющей колонны, предназначенных для
соответствующего обслуживания.
При контроле показателей водоотделяющей колонны необходимо с максимальной
точностью прогнозировать условия окружающей среды. В глубоководье эксплуатация
водоотделяющей колонны является более детальной (требовательной). Удлиненная
водоотделяющая колонна более подвержена повреждениям при перегрузках. В данных
условиях время, необходимое для спуска, увеличивается; работы могут быть
ограниченными при неблагоприятных условиях, в глубоководных областях.
Прогнозирование погодных условий необходимо для определения статистически
благоприятного периода и безопасного выполнения (завершения) работ.
6.3.2 Учет эксплуатации водоотделяющей колонны
Записи использования водоотделяющей колонны необходимы для оценки состояния
колонны и определения требований по контролю качества выполнения работ. Данные
параметры должны фиксироваться в рекомендациях по эксплуатации для дальнейшего
47
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
проведения работ и обеспечения базой для оценивания усталостных повреждений
водоотделяющей колонны. Необходимо приводить следующие данные:
— сводка по эксплуатации;
— комплекты водоотделяющей колонны;
— ведомость осмотра (на наличие дефектов).
Оперативная сводка должна включать подробное описание условий окружающей
среды, параметры эксплуатации водоотделяющей колонны для проведения оценки
потенциальных износов, например, при трении, коррозии и усталости.
6.4 Подготовка спуска/подъема водоотделяющей колонны
6.4.1 Общие принципы
Подготовка, необходимая для спуско-подъемных работ водоотделяющей колонны и
блока ВОР, приведены в 6.4. За исключением, установки (цементирования) направляющей
обсадной колонны, спуска устьевого оборудования (перед водоотделяющей колонной и
блоком ВОР).
Подготовка составляет шаговые действия, приведенные в 6.4.2 и 6.4.3.
6.4.2 Определение составляющих длин водоотделяющей колонны
Глубину воды необходимо измерить перед проведением операций и поднятием
устьевого оборудования над линией бурового раствора, а также после скрепления
цементом устьевого оборудования. Определение длины водоотделяющей колонны
включает выбор (расчет) определенного количества секций, составляющих
водоотделяющую колонну. Для соответствующей проверки глубины и определения
заданной длины водоотделяющей колонны, измеряют фактическую длину 508 мм (20
футов) на колонне для спуска. При соответствующей длине водоотделяющей колонны,
длина телескопического соединения равна или меньше длины середины хода при
защелкивании блока ВОР в устье и расположении буровой установки на определенном
уровне осадка (при бурении на среднем уровне моря). Фактическое смещение
определяется в зависимости от метода эксплуатации, т.к. в случае перегона основания,
преимущественно наличие растяжения при меньшем увеличении телескопического
соединения для контроля движения основания перед достижением определенной точки
данного соединения. Увеличенное телескопическое соединение может привести к
большему времени для системы вывода водоотделяющей колонны при замедлении
скорости разрыва.
По причине прерывистости длины укороченной трубы и временных колебаний
глубины воды заданного местоположения может быть достигнута середина положения
смещения (при малой вероятности).
При установке заливочного клапана, необходимо учесть длину соответствующей
секции.
В среднем положении смещения, шаг телескопического соединения может привести
к увеличению длины водоотделяющей колонны, полученному движением основания. По
причине возможного втягивания (отведения) в телескопическом соединении, буровая
бригада следит за превышающей норму качкой основания. При превышении пределов
отведения элементов в телескопическом соединении, водоотделяющая колонна и
относящееся к ней оборудование может быть повреждено. При превышении предела
смещения в телескопическом соединении, растягивающая нагрузка увеличивается, при
обратном действии (уменьшении превышающего лимита), водоотделяющая колонна
может подвергнуться изгибу. Данное явление необходимо избежать.
При расчете длины водоотделяющей колонны должны быть учтены следующие
показатели (размеры):
— LA, высота устья скважины (от линии бурового раствора);
48
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
— LB, высота ВОР и LMRP (составная);
— LC, заданная длина водоотделяющей колонны;
— LD, длина телескопического соединения, при установке, не превышающей
середины хода (Приложение D.2);
— LE, расстояние от нижней части отводного устройства до верхней части RKB;
— LF, расстояние от RKB до линии бурового раствора (сумма среднего уровня
глубины воды и расстояния от горизонта воды до RKB);
— LG , длина (508 мм (20 футов) спусковой колонны.
При установлении LB, LD и LE, значения LA, LF и LG измеряются на месте положения
скважины.
Длина водоотделяющей колонны LC рассчитывается по Формулам (7) и (8), в
зависимости от применения (глубина воды или длина (508 мм (20 футов) спусковой
колонны); см. Приложение С.1.
1 – Линия бурового раствора; 2 – Устье скважины; 3 – Блок ВОР; 4 – LMRP;
5 – Верхняя часть соединительной муфты (шарового шарнира) и адаптера;
6 – Нижняя часть телескопического соединения; 7 – Нижняя часть
соединительной муфты (шарового шарнира);
8 – RKB; 9 – Ротор; 10 – Отводное устройство; 11 – Область середины хода
телескопического соединения
ПРИМЕЧАНИЕ См. текст для определения сокращений и символов
Рисунок 5 — Определение длины водоотделяющей колонны
6.4.3 Осмотр водоотделяющей колонны перед спуском
Перед спуском водоотделяющей колонны, необходимо провести следующее:
~
49
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
а) произвести внешний осмотр трубы водоотделяющей колонны, вспомогательной
линии и оборудования плавучести на наличие внешних повреждений и убедиться, что
вспомогательная линия закреплена должным образом;
b) следует произвести осмотр муфтового соединения блокирующего механизма на
наличие внешних повреждений и убедиться в правильной работе, произведя пробный
запуск;
с) проверить наличие уплотнительных устройств;
d) просмотреть инструкции производителя по использованию и техническому
обслуживанию секций водоотделяющей колонны, чтобы убедиться в соблюдении
специальных инструкций;
е) удалить защитную коробку и/или защитный кожух и произвести осмотр ствола
водоотделяющей колонны и вспомогательной линии на износ и засорение, осмотреть и
при необходимости зачистить элементы муфтового соединения вспомогательных линий.
В отсутствие транспортно-погрузочных устройств, защищающих коробку и кожух,
необходимо переустановить коробку и кожух и не удалять ее до тех пор, пока трубная
секция не установлена на буровую площадку;
f) производить осмотр монтажного оборудования и обрабатывать муфтовое
соединение тем же образом, что и на секциях водоотделяющей колонны;
g) проверить исправную работу спайдера водоотделяющей колонны;
h) проверить внутренние трубы телескопического соединения на наличие прихватов.
6.5 Спуск и извлечение водоотделяющей колонны
6.5.1 Общие принципы
Спуск системы водоотделяющей колонны требует ряд уникальных процедур и
должен быть подробно описан в руководстве по эксплуатации, где описывается
специальное буровое оборудование и компоненты водоотделяющей колонны.
Линия трубопровода для гидравлической жидкости доставляет жидкость к
подводному противовыбросовому превентору. Линия впрыска гидратов может быть
присоединена для подачи метанола или иного ингибитора в противовыбросовый
превентор.
Автоматический клапан наполнения устанавливается в верхней части
водоотделяющей колонны и предотвращает разрушение водоотделяющей колонны,
позволяя воде проникать в водоотделяющую колонну в случае нарушения циркуляции
или чрезмерного газообразования, что вызывает резкое падение столба бурового раствора.
При сильном течении или высоких волнах возможно повышение натяжения
водоотделяющей колонны, когда колонна зависает на спайдере. Необходимо избегать
длительного удержания водоотделяющей колонны на спайдере в целях минимизации
усталостного напряжения.
Водоотделяющая колонна или противоввыбросовый превентор могут столкнуться с
буровым основанием при сильных поверхностных течениях и волнах чрезмерной высоты.
Риск столкновения наиболее высок, когда нижний соединительный узел водоотделяющей
колонны или блок нижнего соединительного узла и противовыбросового превентора
проходят по поверхности раздела воздух-вода. По возможности необходимо соединить
две трубные секции водоотделяющей колонны до погружения блока в воду; затем
необходимо погрузить блок под воду максимально быстро. Столкновение
водоотделяющей колонны или противовыбросового превентора наиболее вероятно в
буровой шахте судна или с понтонами полупогружной платформы. Для спуска
водоотделяющей колонны в условиях сильных течений и волн применяется система
фиксации водоотделяющей колонны.
50
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Другая критическая точка при спуске или извлечении колонны приходится на
момент опускания блока превентора на дно или в случае его отсоединения. При
опускании блока превентора на подводное устье скважины, нагрузка водоотделяющей
колонны передается на натяжное устройство и/или компенсатор вертикальной качки и
опускается на устье скважины с помощью аппарата дистанционного управления (ROV)
или иным способом.
Ограничивающие условия окружающей среды для безопасной эксплуатации
водоотделяющей колонны определяются на месте эксплуатации на основе мнения
эксперта компетентного в особенностях буровой установки и водоотделяющей колонны.
Крайние пределы силы течений и волн могут быть определены из анализа показателей
судна и водоотделяющей колонны/противовыбросового превентора. Результаты анализа
могут быть представлены в виде диапазона определяющего максимальную высоту волн
и/или течения, при которых нижний соединительный узел/превентор могут столкнуться с
буровым судном. Высота волн и течения на месте бурения измеряется для принятия
решения спускать или не спускать водоотделяющую колонну при суровых природных
условиях.
В качестве примера использования результатов анализа для принятия решения, на
рисунке 6 указана максимальная высота волн и течения, при которых возможно избежать
столкновения водоотделяющей колонны с буровым судном. На рис. 6а указана
критическая точка погружения блока LMRP/BOP в зоне волн. На Рисунке 6 б блок ВОР
находится на глубине 91,4 м (~300 футов) под водой.
a) в зоне волн
б) 91,4 м (~ 300 футов) под водой
1- буровая площадка; 2 - водоотделяющая колонна; 3 - LMRP (и BOP); 4 морское дно;
5 - подъемный крюк; 6 - крепление спайдера.
Рисунок 6 — Спуск и извлечение водоотделяющей колонны
Предельные величины рабочего диапазона основываются на физических параметрах
системы спуска водоотделяющей колонны на судне, величине угла крепления отводного
устройства, связи водоотделяющей колонны с опорными основаниями платформы.
На Рисунке 7 приведен пример предельных величин, рассчитанных для отдельной
буровой вышки и системы колонна/превентор. Данный график рабочего диапазона
указывает максимальную высоту волн и течений, при которых возможно избежать
столкновения водоотделяющей колонны с судном. В данном примере, максимальная
высота волны в покоящейся воде при погружении блока нижнего соединительного
узла/превентора в зоне волн равна 5 м (~16 футов). Это типичная величина высоты волн
зимой в Мексиканском заливе. Максимальное течение в штиле равно 1 м/с (~ 2 узла);
увеличивающееся за счет внешних вихреобразований в Мексиканском заливе.
51
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Х - высота волны, м;
Y - поверхностное течение, м/с;
- основа блока нижнего соединительного узла/превентора над средним
уровнем моря 20 м
- основа блока нижнего соединительного узла/превентора на среднем уровне
моря 100 м и ниже
Рисунок 7 – Пример предельных величин спуска и извлечения водоотделяющей
колонны
Рисунок 7 показывает, что если блок находится вне зоны волн, предельная высота
волн и течения может увеличиться, при этом водоотделяющая колонна не соприкасается с
буровым основанием.
В практике решение спускать водоотделяющую колонну или ожидать улучшения
природных условий зависит от решения специалистов, основанного на профессиональном
опыте и наблюдениях на месте бурения. Графическое представление предельных условий
окружающей среды, как указано на Рисунке 7, позволяет сравнить и подтвердить
практический опыт расчетами анализа.
Течение наиболее высоко на поверхности океана, столкновение водоотделяющей
колонны/превентора с буровым основанием наиболее вероятно при прохождении
превентора сквозь поверхность воды. Вибрации, вызываемые вихреобразованием, могут
возникнуть ниже течения. Дрейфование основания с динамическим позиционированием
по течению позволяет эффективно снизить давление и угол наклона водоотделяющей
колонны при критическом (высоком) течении. Перед спуском водоотделяющей колонны,
буровое основание располагается вверх по течению над месторасположением скважины.
Основание может дрейфовать по течению во время спуска водоотделяющей колонны и
превентора. Напряжение и угол наклона колонны могут быть спрогнозированы заранее
для разных течений, высоты волн и скорости дрейфования основания. Данный прогноз
позволяет выбрать скорость дрейфования и принимать решение безопасного спуска и
монтажа колонны без превышения допустимых значений давления и величин угла. После
спуска водоотделяющей колонны ниже уровня критического течения, основание и
колонна располагаются над подводным устьем скважины для соединения
противовыбросового превентора.
6.5.2 Процедура удержания во время спуска и извлечения
Удержание необходимо производить в случае, если погодные условия препятствуют
полному извлечению водоотделяющей колонны и/или при недостаточном времени для
извлечения колонны.
Удержание колонны производится легким и тяжелым способами. При тяжелом
удержании водоотделяющая колонна присоединяется к буровому основанию; при легком
удержании водоотделяющая колонна поддерживается либо только натяжными
52
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
устройствами, либо натяжными устройствами и компенсатором качки. При тяжелом
удержании водоотделяющая колонна крепится к буровому основанию и движется вместе с
основанием. При легком удержании водоотделяющая колонна остается относительно
неподвижной, в то время как буровое основание приводится в движение, поддерживая
натяжение креплений.
Процедура проведения легкого удержания с помощью нятяжного устройства и
компенсатора качки во время спуска/извлечения водоотделяющей колонны состоит из
следующих этапов:
a) Установить телескопическое соединение в водоотделяющей колонне;
b) Закрепить натяжное кольцо;
c) Закрепить элемент удержания, соединяющий водоотделяющую колонну и
талевый блок;
d) Уменьшать давление воздуха в натяжном устройстве до момента, когда установка
напряжения не будет соответствовать половине массы колонны для данной глубины
согласно анализу водоотделяющей колонны. Опускать водоотделяющую колонну до
момента, когда натяжное устройство будет поддерживать половину массы колонны и
натяжное кольцо не установится на середине хода;
e) Ввести в действие и настроить компенсатор качки для опоры половины массы
водоотделяющей колонны;
f) Определить наблюдателя для контроля/настройки хода натяжного устройства.
Для обеспечения середины хода натяжного кольца необходимо произвести настройки
давления воздуха в натяжном устройстве.
Процедура легкого удержания может быть произведена различными способами.
Дальнейшие этапы зависят от типа бурового основания и используемого оборудования.
Операторы должны учитывать время, необходимое для снижения давления воздуха в
натяжном устройстве, что может занять более 1 часа. Необходимо удерживать основание
под углом ± 20° относительно движения волн во время проведений данных операций.
6.6 Эксплуатация установленной водоотделяющей колонны
6.6.1 Общие положения
Установка соответствующего натяжения водоотделяющей колонны является
основной задачей для предотвращения повреждения колонны. Рекомендуемые
максимальное и минимальное предельное давление варьируются в зависимости от
особенностей месторождения и определяются анализом комплекта водоотделяющей
колонны для установления оптимальных условий для колонны. Бурильные работы
сопровождаются расчетом отношения натяжения водоотделяющей колонны к массе
бурового раствора, определяемого на основе значений прочности на натяжении,
конструкции колонны, величине и направлении подъемной силы, глубине воды и
природных условиях.
Природные условия или неисправность оборудования могут стать причиной
остановки буровых работ или приведет к необходимости разрыва водоотделяющей
колонны в целях предотвращения повреждений колонны или ствола скважины.
Руководство по эксплуатации водоотделяющей колонны должно содержать подробно
описанные работы и предельные характеристики, такие как углы изгиба гибкой муфты,
допускающие выполнение данных работ.
Вращение бурильной колонны должно ограничиваться условиями, при которых угол
изгиба гибкой муфты не превышает 2° (см. Таблицу 2) в зависимости от условий буровых
работ и особенностей оборудования. Водоотделяющая колонна должны быть разъединена
для предотвращения повреждений в случае, если угол наклона гибкой муфты превышает
53
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
от 6° до 10° в зависимости от конструкции гибкой муфты, давления на гибкой муфте и
другие ограничения оборудования. В случае разрыва водоотделяющей колонны,
необходимо закрыть скважину и удержать водоотделяющую колонну в безопасном
положении для минимизации усталостного повреждения (см. 6.6.2).
6.6.2 Натяжение установленной водоотделяющей колонны
Минимальное
натяжение
водоотделяющей
колонны,
предотвращающее
повреждение колонны увеличивается при повышении массы бурового раствора, так как
натяжные устройства должны выдерживать дополнительную массу бурового раствора.
Любые значительные изменения в плотности бурового раствора должны сопровождаться
изменениями в натяжении водоотделяющей колонны. Целью данных изменений является
обеспечение одинаковой нагрузки на нижнюю гибкую муфту. Данные изменения
достигаются с помощью блока и плотности бурового раствора и составляют основу
рекомендуемого натяжения водоотделяющей колонны.
Данные о рабочем натяжении водоотделяющей колонны составляют основу для
изменения натяжения колонны и массы бурового раствора во время выполнения буровых
работ. Необходимо установить предельные значения минимального натяжения
водоотделяющей колонны для наблюдения на месторождении, такие как угол наклона
гибкой муфты. Пример рекомендуемого отношения натяжения водоотделящей колонны к
массе бурового раствора указан на Рисунке 8.
Х - плотность бурового раствора, выраженный, как удельный вес;
Y - установка натяжного устройства, выраженная в МПа;
1 - максимальная прочность на натяжение;
2 - минимальное натяжение;
3 - рекомендуемое натяжение.
Рисунок 8 – Пример рекомендуемых значений – Отношение установки
натяжного устройства к массе бурового раствора (плотность)
Предельное натяжение может быть выражено суммарной тягой натяжения
водоотделяющей колонны, давлением на гидравлическую систему натяжного устройства,
показаниями датчика натяжения или другими индикаторами натяжения водоотделяющей
колонны. Максимальное натяжение высчитывается в расчете 90% от максимальной
прочности на натяжение системы натяжения. Минимальное предельное натяжение,
предотвращающее чрезмерный изгиб и давление указано в API. Минимальное натяжение
определяется из анализа рабочего блока. При нормальных условиях эксплуатации
предельные величины натяжения ограничиваются диапазоном от 222,4 кН до 444,8 кН
(~ 50-100 килофунтов) над рекомендуемым уровнем API, выше значений которых
изменения могут снижаться.
Так как изгиб водоотделяющей колонны увеличивается по мере отклонения
основания, необходимо иметь запас натяжения водоотделяющей колонны, чтобы
54
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
предотвратить превышение допустимых величин угла наклона гибкой муфты при
увеличении отклонения судна.
Величины угла наклона гибких муфт, превышающие допустимые значения, должны
быть незамедлительно переданы инженеру, который подготавливает прогнозируемые
величины изгиба. Изменения в конфигурациях водоотделяющей колонны или снижение
плавучести могут потребовать изменений в диапазоне отношения натяжения колонны к
плотности бурового раствора.
6.6.3 Ограничения бурения
Дифференциальный угол гибкой муфты (первой обсадной колонны/устья скважины,
а не угол вертикали) должен быть минимизирован с помощью настроек якорной оттяжки
или динамического позиционирования. Дифференциальный угол наклона гибкой муфты
высчитывается величинами угла наклона водоотделяющей колонны и угла первой
обсадной колонны/устья скважины. Подводные обсадные колонны/устье скважины
зачастую устанавливаются под малым углом к вертикали в зависимости от положения
судна. Дифференциальный угол наклона гибкой муфты зависит как от угла наклона
водоотделяющей колонны, так и от угла обсадной колонны/устья скважины.
Вращение бурильной колонны и другие бурильные работы должны быть
приостановлены если средний угол наклона гибкой муфты превышает 2 ° (см. Таблицу 2),
так как давление контакта между бурильной колонной и гибкой муфтой на устье
скважины может вызвать износ и повреждение.
Угол наклона гибкой муфты
регулируется положением судна и может быть уменьшен увеличением натяжения
водоотделяющей колонны.
Износ бурильной колонны на гибкой муфте и подводном оборудовании зависит от
дифференциального угла наклона гибкой муфты и натяжения бурильной колонны на
гибкой муфте. Необходимо установить меньший угол наклона гибкой муфты, чтобы
предотвратить чрезмерный износ при высоком натяжении бурильной колонны, например,
на большой глубине бурения. При бурении на мелководье и использовании бурильной
колонны малой длины, допустим больший угол наклона. На Рисунке 9 изображено
отношение стандартного давления между бурильной колонной и гибкой муфтой к
натяжению бурильной колонны. Степень износа зависит от данного стандартного
давления, изнашиваемости бурового инструмента, скорости бурения, скорости вращения
бурильных труб и ряда других факторов.
Нормальное допустимое давление между бурильной колонной и гибкой муфтой не
превышает 8896 Н (2000 фунт-сил). Нормальное давление в диапазоне от 8896 Н
до 35586 Н (2000 - 8000 фунт-сил) может вызвать от незначительного до сильного износа
или повреждения в зависимости от изнашиваемости бурильного замка колонны. В итоге,
минимизация угла наклона гибкой муфты является чрезвычайно важным при увеличении
глубины скважины и, соответственно, давления бурильной колонны на гибкую муфту.
55
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Х – угол наклона гибкой муфты, выраженный в градусах;
Y – давление между бурильной колонной и гибкой муфтой, выраженное в килоньютонах;
Давление бурильной колонны:
1 - 222,4 кН (50 килофунтов); 2 - 444,8 кН (100 килофунтов);
3 - 667,2 кН (150 килофунтов); 4 - 889,6 кН (200 килофунтов).
Рисунок 9 – Отношение стандартного давления к углу наклона гибкой муфты
при разном натяжении бурильной колонны
Предельные значения дифференциального угла наклона гибкой муфты должны быть
установлены на основе особенностей эксплуатации, глубины скважины, конфигурации
бурильной колонны и других факторов. Для правильной работы бурильной колонны
устанавливается дифференциальный угол наклона гибкой муфты равный не более 1 °.
6.6.4 Ограничения в нерабочем состоянии и режиме удержания
Пределы выживания определяют ограничивающие условия, за рамками которых
водоотделяющая колонна и буровое оборудование может быть повреждено, в случае если
не отсоединить водоотделяющую колонну. Пределы выживания водоотделяющей
колонны выражаются в виде максимальной величины угла наклона гибкой муфты, за
пределами которой возникнет повреждение.
Предельное значение нижней гибкой муфты – точка, в которой противовыбросовый
превентор или устье скважины могут получить повреждения или соединения могут
потерять прочность, и не является пределом вращения гибкой муфты, составляющей 10°.
Высокое дифференциальное давление между столбом бурового раствора внутри и
морской водой снаружи гибкой муфты также снижает предельное значение угла.
Запрещено превышать предельное значение угла шарового шарнира во избежание
возможных повреждений внутренней трубы телескопического соединения, шарового
шарнира и/или узла отводного устройства. Необходимо учесть рекомендации
производителя для определения предельных значений для отдельных узлов оборудования.
При подготовке к эксплуатации пределы «выживания» могут быть выражены в виде
пределов высоты волн, скорости течения, отклонения курса судна, вызывающих
превышение безопасных пределов для гибкой муфты. Анализ водоотделяющей колонны,
основанный на прогнозах высоты волн, время и направления течений наряду с
природными
условиями
позволяют
соответствующим
образом
разъединить
водоотделяющую колонну во избежание повреждений и поломок.
6.6.5 Разрыв водоотделяющей колонны
Водоотделяющая колонна должна быть отсоединена после тщательного анализа
возможных альтернативных мер, принимая во внимание дальнейший ход. Например,
основание с динамическим позиционированием может подвергнуться перегону во время
отсоединения водоотделяющей колонны вследствие того, что нагрузка на колонну может
превысить максимально допустимую осевую нагрузку судна.
При отсоединении
56
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
водоотделяющей колонны необходимо расположить судно таким образом, чтобы
водоотделяющая колонна и нижний соединительный узел находились на безопасном
расстоянии во избежание столкновения с подводным устьем и превентором. Перед
разъединением водоотделяющей колонны необходимо соответствующим образом закрыть
ствол скважины, что может привести к неконтролируемому выбросу флюидов из
скважины.
За исключением аварийных ситуаций, процедуре отсоединения водоотделяющей
колонны может предшествовать многочасовой процесс спускоподъемных операций для
закрытия и подготовки скважины к отсоединению водоотделяющей колонны, описанный
в 6.6.6. При ухудшающихся погодных условиях необходимо принять ряд мер по
подготовке к возможному разрыву водоотделяющей колонны.
При запланированном разрыве водоотделяющей колонны необходимо установить
дополнительное блокирующее (скважину) устройство, такое как механическая или
цементная пробка, чтобы заменить имеющееся в водоотделяющей колонне устройство,
блокирующее гидростатический напор бурового раствора. При аварийных ситуациях или
при незапланированном разрыве - ограничения во времени не позволяют установить
дополнительное
блокирующее
устройство
или
пробку,
следовательно,
противовыбросовый превентор служит как клапан управления потоком скважины. Во
время проведения бурильных работ гидростатическое давление бурового раствора
обеспечивает контроль выброса флюидов. Подводный ВОР выполняет роль
дополнительного (второстепенного) клапана управления потоком скважины в случае
выброса, когда давление пласта превышает давление бурового раствора.
После разрыва водоотделяющей колонны гидростатическое давление бурового
раствора в колонне замещается давлением воды. В мелководье возможно установить
достаточно высокую массу бурового раствора таким образом, что давление пласта
сбалансировано комбинацией давления воды на дне и давления бурового раствора в
стволе скважины. На глубоководье и при необходимости установления высокого давления
бурового раствора, данных значений давления воды и бурового раствора может быть
недостаточным для управления давления пласта, приводящим к выбросу в случае, если
ВОР не блокируется или происходит утечка.
На Рисунке 10 приведена потеря давления столба бурового раствора, давления в
водоотделяющей колонне, изменения массы бурового раствора на различной глубине.
Давление ствола бурового раствора выше давления пласта при проведении буровых работ
и находится в диапазоне от 2,07 МПа до 4,82 МПа (от 300 фунтов на квадратный дюйм
до 700 фунтов на квадратный дюйм). Потери водоотделяющей колонны превышающие
данные величины очищают ствол бурового раствора как блокирующее устройство
скважины. При аварийном разрыве оставляется скважина с одним клапаном управления
потоком скважины, ВОР.
57
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Х - масса бурового раствора, выраженная в кг/м3;
Y - потери водоотделяющей колонны, выраженные в килопаскалях;
Глубина воды:
1 - 1829 м (6000 футов);
2 - 1524 м (5000 футов);
3 - 1219 м (4000 футов);
4 - 914 м (3000 футов);
5 - 610 м (2000 футов);
6 - 305 м (1000 футов);
7 - 152 м (500 футов).
Рисунок 10 – Отношение потерь водоотделяющей колонны к массе бурового
раствора на различных глубинах
6.6.6 Удержание водоотделяющей колонны
После разрыва водоотделяющей колонны, применяется легкое или тяжелое
удержание (см. 6.5.2). Легкое удержание позволяет уменьшить передвижение
водоотделяющей колонны, максимальную нагрузку удержания и изменения напряжения
колонны. Легкое удержание также уменьшает давление в водоотделяющей колонны [20].
Необходимо провести анализ расположения водоотделяющей колонны относительно
точки бурения, чтобы убедиться, что система натяжных устройств обеспечивается
средней жесткостью пружин. Жесткость пружины натяжного устройства определяет
наличие удержания, уменьшающее движение водоотделяющей колонны, изменения
давления и нагрузки и увеличивает данные величины вследствие эффекта резонанса.
Дальнейшие ограничения при легком удержании заключаются в том, что качка основания
не превышает допустимых величин хода и рабочий персонал контролирует/настраивает
заданные величины натяжного устройства.
Рабочий диапазон удержания (см. Рисунок 11) определяется анализом максимальной
высоты течения и волн для определенного типа основания и водоотделяющей колонны.
- Без соприкосновения водоотделяющей колонны с основанием;
- Без превышения 90 % предельного угла изгиба верхнего шарового шарнира (см.
Таблицу 2);
- Без нагрузки на телескопическое соединение.
58
.
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
X - значительная высота волн, выраженная в метрах
Y - поверхностное течение, выраженное в м/с
- телескопическое соединение в максимально верхнем положении или
водоотделяющая колонна в подвешенном состоянии
- телескопическое соединение в свободном положении
Рисунок 11 — Пример диапазона удержания водоотделяющей колонны
На Рисунке 11 приведены максимальная высота течения и волн в Мексиканском
заливе за исключением сильных штормов. Данные значения показывают, как могут быть
представлены результаты анализа для определения предельных условий.
Полное извлечение водоотделяющей скважины необязательно в случае превышения
предельных условий, т.е. когда природные условия превышают предельные значения, при
которых необходимо извлечь колонну.
В данном случае следует произвести разрыв водоотделяющей колонны и LMRP, и
легкое удержание колонны на натяжном устройстве в следующем порядке:
a) Подготовить водоотделяющую колонну к разрыву, закрыть блок ВОР и прокачав
буровым раствором, заменив морской водой. Уменьшить давление воздуха в натяжном
устройстве, оставив давление на нижнем соединительном узле на низком уровне,
например 222,4 кН (50 килофунтов), при этом процедуру необходимо произвести в
несколько этапов.
b) Передвинуть буровую к центру скважины и разъединить LMRP, запустив
противооткатную систему, убедившись, что кольцевой превентор находится в открытом
положении для поступления воды в водоотделяющую колонну.
c) Передвинуть буровую вышку на безопасное расстояние на большую глубину.
d) Деактивировать противооткатную систему водоотделяющей колонны и открыть
APV (емкости высокого давления) натяжного устройства.
e) Установить давление воздуха в натяжном устройстве для поддержания массы
водоотделяющей колонны и LMRP.
f) Установить кольцо натяжного устройства на середину хода.
g) Назначить наблюдателя для контроля/настройки хода натяжного устройства и
заданных значений. Для установки кольца натяжного устройства в серединном
положении необходимо производить точные настройки давления воздуха натяжного
устройства и поддерживать кольцо натяжного устройства в серединном положении.
Данная процедура при легком удержании может быть выполнена различными
способами. Дальнейшие операционные этапы зависят от типа судна и используемого
оборудования. Оператор должен учитывать время необходимое для снижения давления в
59
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
системе натяжных устройств, что может занять более 1 часа. Необходимо расположить
судно под углом ± 20° относительно движения волн во время процедуры удерживания.
Процедура аварийного разрыва варьируется в зависимости от работ, проводимых на
основании. В случае аварийного разрыва после того, как рабочий персонал произведет
очистку буровой шахты, и буровое основание переместится на безопасное расстояние,
следует выполнить вышеприведенные шаги f) и g) (также следует сбалансировать
давление и открыть APV натяжного устройства) для легкого удержания водоотделяющей
колонны. При благоприятных погодных условиях можно использовать метод тяжелого
удержания, сопровождаемого разрывом телескопического соединения и удержанием
водоотделяющей колонны под буровой площадкой.
6.7 Аварийный разрыв — шторм, сдвиг/перегон
В случае если судно сдвигается с места на расстояние, превышающее ход натяжных
устройств, телескопическое соединение расширяется до максимального предела и/или
гибкая муфта изгибается под углом, превышающим допустимое значение, в этой связи,
возникает чрезмерное натяжение, наносящее повреждения основанию, водоотделяющей
колонне и системе управления скважиной.
На буровой установке должно быть приведено подробное описание аварийных
процедур разрыва водоотделяющей колонны, описывающие размеры отверстия ВОР,
характеристики и особенности оборудования ВОР, характеристики удержания основания
и причального оборудования. В рекомендациях также должны быть описаны возможные
процедуры, проводимые в различных ситуациях.
Аварийный
разрыв
должен
быть
осуществлен
в
случае
потери
управления/удержания положения. Критические погодные условия также могут быть
причиной аварийного разрыва.
При необходимости аварийного разрыва, операции должны быть осуществлены в
максимально короткие промежутки времени во избежание повреждения основания,
водоотделяющей колонны, системы управления скважиной и для снижения риска
здоровья рабочего персонала. При бурении на основании с динамическим
позиционированием, имеется вероятность потери удерживаемого местоположения,
вследствие сбоя в управлении основанием или системе электропитания, результатом
которого может стать сдвиг или перегон. При бурении с пришвартованного основания,
повреждения якорной оттяжки служат причиной аварийного разрыва, осуществляемого
после определения необходимости его проведения.
Аварийный разрыв водоотделяющей колонны от блока ВОР требует проведения
определенных процедур и наличие определенного оборудования. Система натяжения
водоотделяющей колонны должна быть оснащена противооткатной системой. Система
натяжения должна функционировать и воздействовать на водоотделяющую колонну
после разрыва колонны, с целью обеспечения полного и безопасного разрыва колонны от
блока ВОР. Натяжение должно уменьшаться постепенно, в ином случае отсоединение
может вызвать откат водоотделяющей колонны, что может быть причиной сильной
ударной нагрузки по мере сжатия телескопического соединения и вращения колонны
вверх с риском повреждения водоотделяющей колонны, основания и опасности для
здоровья персонала.
Система автоматического отсоединения блокирует и/или разъединяет колонну
бурильных труб в BOP, отсоединяет водоотделяющую колонну и приводит в действие
противооткатную систему.
Подобные подготовительные работы необходимо выполнить для разрыва
водоотделяющей колонны как в случае разъединения водоотделяющей колонны на
60
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
нижнем соединительном узле в ухудшающихся природных условиях, так и при
извлечении ВОР.
- Основание должно быть расположено так, что угол наклона нижней гибкой муфты
не превышал 2°, чтобы обеспечить разъединение соединителя LMRP без повреждения
нижней соединительной втулки (данная процедура нецелесообразна при аварийном
разрыве).
- Необходимо установить натяжение водоотделяющей колонны, давление воздуха в
камере высокого давления натяжного устройства и время закрытия клапана
противооткатной системы в соответствии с процедурами, описанными в руководстве по
эксплуатации натяжных систем и/или результатов анализа водоотделяющей колонны.
Заданное положение основания над скважиной – это точка, в которой
дифференциальный угол нижней гибкой муфты составляет минимальную величину.
Дифференциальный угол нижней гибкой муфты – это дифференциальный угол между
блоком ВОР и адаптером водоотделяющей колонны. Заданное положение основания
является центром контрольных окружностей. Наибольшая контрольная окружность
определяет границы курса основания, за пределами которых может возникнуть
повреждение, приводящее к аварийному разрыву. Данная окружность носит название
«красной» контрольной окружности. Наименьшая контрольная окружность называется
«синей» окружностью, которая охватывает зону передвижений основания, позволяющая
выполнять бурильные работы, не превышая допустимые значения. Средняя «желтая»
окружность находится между «красной» и «синей» окружностями. Данные контрольные
окружности описывают определенные границы, представляющие важность при
проведении аварийного разрыва.
Красная контрольная окружность определяется радиусом от заданного положения
основания, при котором натяжное устройство или телескопическое соединение достигает
максимально допустимой величины или дифференциальный угол нижней гибкой муфты
равен предельной величине. Данная контрольная окружность должна включать глубину
воды, количество натяжных устройств и расширение телескопического соединения,
изменения течения после установки водоотделяющей колонны, удержание судна и
влияние течения на колонну. Радиус красной контрольной окружности уменьшается за
счет движения основания.
В случае превышения основанием заданных контрольных окружностей необходимо
провести запланированные работы. К примеру, при пересечении судном синей
контрольной окружности буровые работы могут быть приостановлены, могут быть
начаты подготовительные работы к удержанию бурильной колонны. При пересечении
основанием желтой контрольной окружности, необходимо приступить к удержанию
бурильной колонны и провести подготовку к аварийному разрыву. Определенные
процедуры варьируются в каждом отдельном случае и зависят от параметров основания,
проводимых работ (бурильных, спускоподъемных операций, спуска обсадных колонн,
проверочных, каротажных и других работ), стратегии добычи и других факторов. Для
основания требуется ряд специальных процедур, отличающихся в соответствии с
проводимыми работами и труб, которые следует разъединить (бурильные трубы,
утяжеленные бурильные трубы, крупные и малые обсадные трубы).
Выше описанные аварийные ситуации могут быть приведены в следующих пунктах.
- Синяя окружность: Оценка проводимых работ и составление плана действий по
разрыву, определение типов труб, находящихся в превенторе.
- Желтая окружность: Подготовка к разрыву.
- Красная окружность: Проведение процедуры аварийного разрыва.
61
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
7 Целостность водоотделяющей колонны
7.1 Основные требования по контролю качества
7.1.1 Общие приниципы
Контроль качества необходимо проводить при любых параметрах эксплуатации
водоотделяющей колонны (см. Рисунок 12), как приведено в Таблице 4. В дополнение
производственному и техническому контролю, необходимо проводить осмотр во время
эксплуатации в целях обнаружения и учета ухудшения состояния водоотделяющей
колонны. Важно, чтобы промежутки времени между осмотрами были достаточно
короткими, чтобы состояние оборудования не приводило к потере структурной или
функциональной целостности между осмотрами.
Нарушение целостности водоотделяющей колонны может быть вызвано
следующими причинами:
- усталостное повреждение;
- износ от вращения бурильной колонны (прихват);
- ударная нагрузка во время спуска, извлечения и эксплуатации;
- коррозия.
Влияние каждого фактора, ведущего к повреждению водоотделяющей колонны,
изменяется с каждым рабочим циклом эксплуатации. В отсутствие сбоев и повреждений
на протяжении продолжительной эксплуатации водоотделяющей колонны на мелководье,
методы технического контроля применяются для обнаружения возможного нарушения
целостности водоотделяющей колонны. В случае наличия одного из вышеописанных
параметров, необходимо оценить процедуру технического контроля и привести
альтернативные варианты. Ниже приведен случай бурения на глубоких водах.
При бурении на глубине менее 350 м (1000 футов) и скорости течения менее 1 м/с
(~ 2 узла), следует провести осмотр (см. 7.5). При глубоководном бурении необходимо
провести предварительную оценку условий и характеристик, разработать план проведения
осмотра, принимая во внимание каждую эксплуатируемую скважину.
Таблица 4 — Требования технического контроля бурильной колонны
Этап технического
контроля
Производственный
этап
Первое применение
Спуск/извлечение
Периодический
62
Требования
Зона
Обнаружение сквозных трещин
Все
Обнаружение трещин на поверхности
соединения
Измерение толщины
Овальность
Технический контроль, рекомендуемый производителем
Все
cоединения
Видимый износ внутренних стенок, коррозия, очевидные Все
признаки трещин в главных трубах и сварочных швов соединения
линии глушения, кулачках и выступах муфт, сильная
деформация, повреждения и люфт дополнительных
элементов на штуцерных линиях или модулях плавучести
Обнаружение трещин на поверхности
Снижение толщины стенок
Обнаружение
трещин
внешних,
поверхностей, обнаружение сквозных трещин
Овальность
Для
соответствующей
внутренних эксплуатации
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
1 - Обсадная колонна; 2 - Первая обсадная колонна; 3 - Противовыбросовый превентор;
4 - Нижний соединительный узел; 5 - Нижняя гибкая муфта;
6 Скользящее и плавучее соединения; 7 - Телескопическое соединение;
8 - Натяжное кольцо; 9 - Верхняя гибка муфта; 10 - Буровая площадка;
11 - Длина направляющего каната.
Рисунок 12 — Схема водоотделяющей колонны
7.1.2 Глубоководное бурение
Характеристики систем глубоководного бурения, которые влияют на технические
требования целостности водоотделяющей колонны и нарушение целостности:
- высокое натяжение, которое ускоряет возникновение усталостных трещин в
водоотделяющей колонне и представляет важность для целостности систем труб
водоотделяющей колонны;
- изгиб, способствующий быстрому износу вследствие вращения бурильных труб;
- вибрации, вызванные вихреобразованием вследствие сильных течений, которые
могут способствовать усталостному повреждению за короткий промежуток времени;
- длинные бурильные колонны увеличивающее натяжение и соответственно износ
верхней части водоотделяющей колонны;
- длинные и утяжеленные соединения водоотделяющей колонны, более сложные в
эксплуатации с большей вероятностью поломки или повреждения во время спуска и
извлечения водоотделяющей колонны;
- высокое внутреннее давление напора бурового раствора, придающая значение
толщине стенок труб в отношении сопротивляемости нагрузки на муфты;
- высокое внешнее давление столба воды, которое оказывает влияние на толщину
стенок труб и прочность на смятие;
- нагрузка на трубу водоотделяющей колонны линиями глушения, которая зависит
от целостности линии глушения и общей структурной целостности.
63
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Потенциально больший уровень износа и усталостного повреждения и исправное
состояние толщины стенок при глубоководном бурении, описанном выше, требует
пересмотра процедуры технического контроля мелководного бурения при
продолжительном бурении на глубоководье. При разработке программы глубоководного
бурения при неблагоприятных природных условиях необходимо пересмотреть стратегию
технического осмотра водоотделяющей колонны, принимая во внимание сложности
условий эксплуатации.
7.1.3
Предварительная оценка
Предварительная оценка требований технического контроля должны быть проведена
при соблюдении следующего:
— изучение имеющейся информации о техническом осмотре водоотделяющей
колонны и данные за длительный период эксплуатации колонны;
— сбор данных и параметров скважины перед началом эксплуатации;
— анализ износа водоотделяющей колонны, уровень которого не выходит за
пределы диапазона допустимых условий бурения скважин.
В зависимости от доступности данных за длительный период эксплуатации колонны
и срока последнего осмотра, следует произвести полный осмотр (осмотр общего
количества соединений водоотделяющей колонны).
7.1.4 Процедуры технического контроля
Для осуществления технического контроля водоотделяющей колонны во время
эксплуатации, необходимо разработать и провести следующие процедуры:
— осмотр во время спуска и извлечения колонны,
— периодический подробный осмотр включает:
— осмотр после аварийного случая,
— ведение записей, расписания осмотра,
— содержание записей результатов технического осмотра.
Вопросы разработки необходимых процедур осмотра приведены в 7.3 - 7.6.
7.2 Техническое обслуживание водоотделяющей колонны после извлечения
После извлечения водоотделяющую колонну необходимо промыть пресной водой,
провести визуальный осмотр, техническое обслуживание при необходимости, и поместить
на хранение в безопасное место в согласии с рекомендациями производителя.
7.3 Техническое обслуживание других систем водоотделяющей колонны
7.3.1 Натяжное устройство водоотделяющей колонны
Перед запуском натяжного устройства в эксплуатацию, необходимо проверить
систему трубок натяжного устройства на наличие в ней утечек. Следует периодически
проводить визуальный осмотр гидравлической системы на герметичность и следить за
уровнем гидравлической жидкости. В инструкции производителя по эксплуатации и
техническому обслуживанию описывается процедура осмотра и тип гидравлической
жидкости. Необходимо смазывать натяжные стержни и составить расписание проведения
смазочных работ рабочих стержней; проверять желобок шкива на износ, смазывать
подшипники направляющего ролика и проверять уплотнения подшипника на износ и
повреждения. Талевый блок необходимо проверять на целостность жил тросов и
использование рекомендуемого производителем типа троса.
Следует производить определенную проверку состояния в точке контакта контакта с
каротажным роликом. Приводить записи состояния проволоки в точках соприкосновения
со шкивом при легкой качке. При наступлении срока службы троса, необходимо либо
разрезать его и заменить его в изношенных местах, либо заменить полностью во
64
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
избежание дальнейших повреждений. При вязке тросов необходимо убедиться в
соответствии длины троса до и после вязки. Нужно удостовериться в правильной
установке и прочности креплений хомутов и колец натяжного устройства. Данную
процедуру завершения должен проводить квалифицированный персонал. Необходимо
осушить камеры давления воздуха согласно рекомендациям производителя.
7.3.2 Телескопическое соединение
Внутренняя труба телескопического соединения входит во внешнюю трубу, поэтому
необходимо закрепить внутреннюю трубу болтом или штифтом при эксплуатации.
Минимальное давление, влияющее на уплотнение, продлевает срок службы
уплотнительного элемента.
Осмотр и техническое обслуживание телескопического соединения необходимо
проводить в соответствии с рекомендациями производителя.
7.3.3 Гибкая муфта/Шаровой шарнир
Гибкая муфта/шаровой шарнир должны иметь защитный кожух в верхней части во
избежание проникновения шлама и обломков породы. Перед спуском водоотделяющей
колонны следует осмотреть защитный кожух и при необходимости заменить. Защитная
втулка и предохранительные стержни и гайки гибкой муфты должны быть
неповрежденными. После извлечения, следует промыть все подвергнутые прямому
воздействию поверхности пресной водой и проверить износ внутренних и внешних
деталей. Следует осуществить тест шарового шарнира с уравновешенным давлением в
соответствии с рекомендациями производителя для проверки герметичности конструкции.
7.4 Транспортировка, спуско-подъемные работы и хранение
7.4.1 Общие принципы спуско-подъемных работ и хранения
В конструкции водоотделяющей колонны используются точные приборы и части,
требующие бережного обращения. Необходимо использовать защитные кожухи для муфт
с внешней резьбой (муфт с внутренней резьбой по требованию производителя) для
каждой секции труб водоотделяющей колонны. Муфты должны быть смазаны по
рекомендациям производителя. Производить транспортировку каждой секции труб
следует производить отдельно с установленными защитными приспособлениями. Блок
плавучего материала водоотделяющей колонны особенно подвержен повреждениям. При
необходимости поднять и передвинуть секции труб краном за невозможностью
использования автоматического погрузочного оборудования, следует использовать
специальные стропы. Стропы должны выдержать нагрузку секции труб в собранном виде.
Телескопическое соединение весит значительно больше секции труб и стропы должны
использоваться соответственной прочности. Большинство секций труб оборудуются
специальными подъемными ушками на конце труб для крепления стропами. Секции труб
не разрешается поднимать за вспомогательную или штуцерную линии или их крепления.
Следует соблюдать осторожность при установке секций труб. При укладке на
отгрузку или хранение необходимо устанавливать дополнительные прокладки под
нижний ряд секций и между последующими секциями. Прокладки должны предотвращать
контакт смежных секций. Масса секций не должна воздействовать на неподдерживаемые
штуцерные и вспомогательные линии. Секции труб, оснащенные элементами плавучести,
могут быть установлены поверх комплекта без прокладок, в соответствии с
рекомендациями производителя.
7.4.2 Стеллажи для хранения на буровой установке
Для обеспечения соответствующего крепления и хранения на весь срок хранения,
необходимо использовать стеллажи или рамы для хранения.
65
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Конструкция стеллажей или рам варьируется в зависимости от основания и
конструкции водоотделяющей колонны, при этом следует соблюдать следующие
требования:
a) рама должна быть сконструирована для выдерживания массы всей
водоотделяющей колонны, учитывая динамические и природные условия.
b) поддержка секции труб с плавучим элементом должна производиться в
соответствии с рекомендациями производителя..
c) секции труб не должны подыматься с помощью вспомогательных труб, линии
глушения или их креплений.
d) стеллаж не должен препятствовать доступу к защитными и предохранительным
частям для проведения технического обслуживания и осмотра.
е) стеллаж должен выдерживать водоотделяющую колонну и предотвращать перенос
нагрузки
7.4.3 Хранение на суше
Секции труб следует хранить с использованием прокладок под нижним рядом
секций и между последующими рядами. Первый нижний ряд секций труб следует
хранить в приподнятом над землей положении во избежание попадания жидкости и грязи
на секции труб. Прокладки должны быть размещены таким образом, чтобы избежать
прогиба секций труб и повреждения муфт. Секции следует укладывать на безопасной и
доступной высоте для обеспечения беспрепятственного слива воды. Необходимо
очистить внутренние и внешние поверхности и нанести защитное покрытие при
необходимости долгого хранения. Следует осмотреть и обработать все муфты
водоотделяющей колонны и соприкасающиеся поверхности в соответствии с
рекомендациями производителя.
7.4.4 Транспортировка
При транспортировке элементов системы водоотделяющей колонны следует
проводить наблюдение за процессом погрузки, чтобы убедиться в следующем:
- транспортируемые элементы надежно закреплены во избежание сдвига во время
транспортировки;
окрашенные
поверхности
защищены
от
повреждений,
вызванных
транспортировочными тросами и стропами;
- соблюдаются правила погрузки и хранения;
- транспортируемые элементы не подвергаются воздействию химикатов,
корродирующих веществ, трюмной воды и др.
7.5 Плановый технический контроль и обслуживание во время эксплуатации
7.5.1 Общие принципы
Необходимо проводить плановый осмотр и техническое обслуживание всех
компонентов системы водоотделяющей колонны. Подробные процедуры для задач
технического контроля и обслуживания, описанных в 7.5.2 - 7.5.содержатся в руководстве
по эксплуатации водоотделяющей колонны.
7.5.2 Визуальный осмотр на наличие коррозии, трещин, износа
После извлечения необходимо проверять секции труб и соединения
водоотделяющей колонны на коррозию, трещины и износ. Перед осмотром следует
очищать внешнюю и внутреннюю резьбы муфт водоотделяющей колонны. Другие
критические зоны, указанные производителем, требуют детального осмотра и при
необходимости принятия восстановительных мер.
66
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
7.5.3 Дефектоскопия
Для проверки трещин критических зон следует применять дефектоскопию методом
проникающих жидкостей и методом магнитного порошка. Для проверки толщины
главных труб следует использовать ультразвук или иные приборы и методы. Оператора и
буровой подрядчик должны согласовать допустимые критерии величин. Данную
процедуру необходимо проводить минимум 1 раз в год, кроме случаев, когда результаты
предыдущей дефектоскопии показали необходимость повторного осмотра. Необходимо
проводить осмотр после аномальных условий эксплуатации, таких как перегрузка, потеря
натяжения или ударная перегрузка во время спуска или извлечения водоотделяющей
колонны. Осмотр и восстановительные меры следует проводить в соответствии с
рекомендациями производителя.
7.5.4 Защита от коррозии
Необходимо проводить осмотр участков водоотделяющей колонны потрескавшейся
или отслаивающейся краски. Такие участки должны быть тщательно очищены и
перекрашены в соответствии с видом эксплуатации и рекомендациями производителя.
7.5.5 Замена деталей
При необходимости замены движущихся деталей водоотделяющей колонны, замену
следует проводить согласно рекомендациям производителя. Данные инструкции должны
быть приведены в виде руководства по эксплуатации и подробно описаны для работы
персонала. Необходимо вести ведомость (отчет) с указанием замены деталей.
Замена деталей должна сопровождаться очисткой деталей, дефектоскопией, сверкой
серийных номеров деталей и при необходимости смазкой, сборкой и соответствующей
установкой
7.5.6 Сварка
Сварочные работы не должны проводиться без рекомендаций производителя. Сварка
на месте бурения осуществляется при допуске требований производителя и выполняется
квалифицированными сварщиками при соблюдении мер безопасности.
7.6 Технический контроль в процессе эксплуатации
7.6.1 Визуальный осмотр
Визуальный осмотр должен проводиться при каждом спуске и извлечении
водоотделяющей колонны. Процедура осмотра приведена в Таблице 4. Необходимо вести
журнал всех отклоняющихся от нормы изменений и принимаемых мер (см. 7.9).
Визуальный осмотр включает ведение журнала всех неполадок замеченных во время
подъемно-спускных работ, спуска и извлечения колонны.
7.6.2 Периодический и подробный технический контроль
7.6.2.1 Общие принципы
7.6.2.1.1 При планировании проведения периодического и подробного технического
контроля секций труб водоотделяющей колонны при глубоководном бурении, следует
принимать во внимание 4 следующих параметра:
— суровость условий эксплуатации;
— деталь, подвергаемая осмотру;
— частота проведения технического контроля;
— зона технического контроля.
7.6.2.1.2 Согласно положениям руководства по эксплуатации, параметры, описанные
в 7.6.2.1.1,
при совокупном взаимодействии требуют более частого проведения
технического контроля в следующих условиях:
— более суровые условия эксплуатации;
— менее подробный осмотр;
67
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
— меньшая зона технического контроля.
Метод эксплуатации может изменяться, при этом минимизируются требования
проведения более частого технического контроля при более суровых условиях
эксплуатации и меньшая зона осмотра требует более частый осмотр при тщательном
выборе деталей, подвергаемых осмотру.
7.6.2.2 Частота и зона технического контроля
Данный подход к техническому контролю секций труб водоотделяющей колонны
может быть применен при глубоководном бурении в соответствии со срокамм
эксплуатации. Промежуток времени между периодическими осмотрами может изменяться
в целях соответствия условиям эксплуатации, которым подвергается водоотделяющая
колонна. Чем больше глубина бурения и более неблагоприятные природные условия, тем
чаще необходимо проводить технический осмотр.
Необходимо установить плановый график проведения осмотра секций труб
водоотделяющей колонны, принимая во внимание то, что детали, подвергаемые большей
нагрузке и износу, например, элементы в нижней и верхней части водоотделяющей
колонны, требуют более частого осмотра, как следует из анализа состояния
водоотделяющей колонны.
Секции труб над нижней гибкой муфтой подвержены более сильным вибрациям,
вызванным вихреобразованием. Соответственно, большей нагрузке от усталостного
напряжения подвержены секции труб в зоне волн. Следовательно, по результатам анализа
усталостного напряжения, внимание при осмотре следует уделять секциям труб в
критических точках. При использовании данного метода, необходимо учитывать различия
в конфигурациях водоотделяющих колонн и условий эксплуатации.
7.6.2.3 Методы и описание технического контроля.
При глубоководном бурении необходимость осмотра большого количества секций
труб и сложность подъема и спуска удлиненных и утяжеленных секций повлекли за собой
продолжительный поиск оптимального метода оценки состояния водоотделяющей
колонны. Проведение подробного осмотра секций труб водоотделяющей колонны в
открытом море имеет ряд преимуществ, но ограниченность в рабочем пространстве,
специального оборудования, рабочего персонала и непостоянные природные условия
доказали нецелесообразность применения методов осмотра при нормальных условиях.
Среди альтернативных методов проведения осмотра выделяют следующие методы:
— кавернометрия: метод обнаружения износа и коррозии, проводимый во время
нахождения водоотделяющей колонны в рабочем состоянии на месте бурения в целях
минимизации времени простоя;
— автоматизированная чистка трубопроводов: метод обнаружения трещин,
проводимый при нахождении водоотделяющей колонны в рабочем положении на месте
бурения во время ожидания затвердевания цемента;
— метод отраженной волны: метод обнаружения трещин и износа, проводимый на
площадке буровой установки при удержании водоотделяющей колонны в нерабочем
положении;
— метод усталостных предохранителей: метод, при котором к секциям
водоотделяющей колонны прикрепляется предохранитель, распознающий усталостное
разрушение.
Данные методы (специальные) осмотра не представляются альтернативой
подробного осмотра (при нормальных условиях) на суше. Данные методы могут
использоваться в качестве инструмента мониторинга, с помощью которого можно
определить детали, требующие более подробного осмотра, проводимого на суше. Данный
метод представляется более рациональным при составлении графика технического
68
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
контроля секций труб водоотделяющей колонны по сравнению с методом осмотра во
время эксплуатации.
Различные методы осмотра предлагают различные уровни дефектоскопии. При
определении требований осмотра, следовательно, предпочтительнее ограничивать осмотр
использованием наиболее усовершенствованных методов. Однако, В виду потенциальной
изменчивости типов неполадок и дефектов, рекомендуется комбинировать применяемые
методы осмотра в целях улучшения способов нахождения дефектов. Более подробно
методы осмотра описаны в 7.8.
В случае если ухудшающееся состояние колонны вызвано в наибольшей мере
накоплением усталостных повреждений, анализ механики разрушения представляет базу
для рационализации требований осмотра. Подробность осмотра, т.е. минимально
допустимые величины повреждений, которые должны быть обнаружены и частота
проведения осмотра определяются по данным кривой возрастания усталостного
повреждения и трещин, строящейся на основе результатов анализа механики разрушения.
Чем более подробен осмотр, тем больший интервал времени допустим между осмотрами.
Следовательно, необходимо достичь баланса между подробностью и частотой осмотра.
7.6.2.4 Применение анализа разрушения
Необходимо проводить анализ разрушения в соответствии с BS 7910. В основе
подобного анализа находится определение промежутка времени, на протяжении которого
неопознанный дефект в трубопроводе водоотделяющей колонны может достичь размера
разрушения, не превышающего максимально допустимой нагрузки. Добавление
коэффициента запаса к определенному подобным образом промежутку времени
составляет максимальный промежуток времени между проведением подробного осмотра.
Рекомендованные параметры, характеристики разрушения распределение
остаточного напряжения, которые возможно использовать в данном анализе согласно
BS 7910. Однако, необходимо провести испытания материалов на трещинообразование и
предотвращение неустойчивого разрушения. Следует проводить проверку соединений
между трубами и соединений между трубами и муфтами, в местах, где используются
различные типы материалов.
Анализ разрушения как таковой недостаточен для определения подробности и
частотности проведения технического контроля. Ограничение в использовании механики
разрушения заключается в том, что любой фактор, возникающий при спуско-подъемных
работах, спуске и извлечении водоотделяющей колонны может привести к ускоренному
росту дефектов. Соответственно, необходимо учитывать лишь некоторые факторы в
выборе коэффициента запаса для определения интервала проведения осмотра.
Необходимо вести журнал всех потенциальных повреждений секций водоотделяющей
колонны, которые влияют на исправное состояние колонны. Данные журнала необходимо
учитывать при составлении графика осмотра.
7.6.2.5 Влияние на практику эксплуатации
Буровой подрядчик вправе изменить практику эксплуатации на разных буровых
суднах. Типы изменений могут включать следующие параметры:
а) натяжение: различные величины допустимого натяжения могут привести к
различным уровням усталостного повреждения вследствие вибраций, вызванных
вихреобразованием;
b) вращение труб: применение программ вращения может снизить степень
образования усталостного повреждения;
с) предельная величина угла наклона гибкой муфты: использование меньших
предельных величин угла наклона гибкой муфты, при которых осуществляется бурение,
может снизить уровень износа от вращения бурильной колонны.
69
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
d) конфигурация водоотделяющей колонны: различные уровни установки
плавучести телескопического и других соединений составляют различные статические
конфигурации и различные величины вибраций, вызванных вихреобразованием во время
эксплуатации и удержания или установки.
В результате данных различий, разности интервала между осмотрами при различной
глубине бурения и природных условиях, невозможно определить фиксированные границы
интервалов между осмотрами. Данные величины должны устанавливаться подрядчиком и
должны подправляться по мере накопления опыта подводного бурения в ходе обработки
результатов технического контроля.
7.6.3 Аварийные ситуации
Необходимо провести осмотр водоотделяющей колонны в аварийных ситуациях,
вызванных следующими аномальными условиями:
— низкое натяжение: потеря натяжения троса, потеря давления в цилиндре
натяжного устройства;
— критическое натяжение;
— продолжительный период удержания;
— большая амплитуда движения основания вследствие движения другого
основания, перегона или сдвига, повреждений якорной оттяжки;
— ударная нагрузка во время спуска или извлечения.
При возникновении аварийной ситуации технический контроль следует проводить в
первую очередь. Метод и зона осмотра зависят от аварийной ситуации.
При возникновении потери натяжения необходимо извлечь водоотделяющую
колонну и произвести осмотр на наличие повреждений. Снижение натяжения может
привести к вращению водоотделяющей колонны, в особенности на нижней гибкой муфте,
что создает возможность перегрузки ниппеля гибкой муфты. Снижение натяжения может
также увеличить степень накопления усталостной стойкости вследствие вибраций,
вызванных течением. Подобный эффект может возникнуть при сильной амплитуде
движения судна.
Чрезмерное натяжение влияет как на водоотделяющую колонну, так и первую
обсадную колонну. В случае превышения максимально допустимой нагрузки необходимо
провести осмотр секций труб верхней части водоотделяющей колонны, проверить
вертикальность устья скважины, чтобы учитывать данную деформацию при дальнейшей
эксплуатации или операциях заканчивания скважин.
Продолжительный период удержания может привести к накоплению усталостного
повреждения и ударной нагрузке и локальному повреждению секций труб в верхней части
водоотделяющей колонны. Секции труб требуют надлежащего осмотра после извлечения
на судно. Данный метод осмотра также применим к любому аварийному случаю
превышения ударной перегрузки во время спуска и извлечения водоотделяющей колонны.
7.6.4 Условия технического контроля
Периодический технический контроль производится при остановке эксплуатации
буровой установки. Необходимо планирование технического контроля с целью
обеспечения осмотра при минимальном прерывании процесса бурения. При этом
необходимо:
 вести журнал и проводить регулярный осмотр данных производительности
буровой; см. 7.9;
 остановить эксплуатацию секции труб при извлечении водоотделяющей колонны;
 составлять расписание транспортировки секций труб на берег;
70
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
 хранить секции на складе, чтобы сделать возможным дальнейший осмотр без
вмешательства в рабочий процесс и составлять отчеты необходимости замены и
отсоединения секций труб;
 составлять базы данных рабочих журналов.
7.7 Руководство по техническому контролю компонентов колонны
7.7.1 Общие принципы
Повышенный уровень накопления усталостного повреждения и износ при
глубоководном бурении требуют особого внимания во время технического контроля в
плане обнаружения трещин и проверки толщины стенок. В 7.7.2 – 7.7.4 приведены места
наиболее вероятного возникновения износа и усталостного повреждения при
глубоководном бурении, а также процедура технического контроля данных мест.
7.7.2 Секции труб водоотделяющей колонны
7.1.2.1 Главный трубопровод
Сварные соединения используются для соединения муфт водоотделяющей колонны
с главным трубопроводом и соединений удлиненных секций труб. Главный трубопровод
несет основную нагрузку и, следовательно, более подвержен усталостному напряжению.
На водоотделяющих колоннах с секциями длиной менее 15,24 м (50 футов) не
используются сварные соединения между секциями, за исключением случаев
использования хомутов для крепления штуцерной линии и линии глушения. Однако
необходимо установить наличие или отсутствие сварочных соединений между секциями,
прежде чем, проводить осмотр секций труб. Последнее поколение буровых оснований,
используемых для разведки месторождений на глубине более 1828,8 м (6000 футов), могут
перевозить секций труб длиной от 22,85 м до 27,43 м (от 75 до 90 футов). Данные секции
труб имеют сварные соединения и требуют соответствующего технического контроля.
Сварные соединения на секциях труб должны проверяться при периодическом
техническом контроле на наличие трещин, вызванных усталостным напряжением. Любое
сварное соединение также может быть подвергнуто износу; для проверки степени износа
и коррозии необходимо провести измерение толщины стенок труб.
7.7.2.2 Линии глушения/штуцерные линии.
Волны и течения на месте бурения могут оказывать нагрузку на линию глушения и
смежные стыковочные узлы между сварочными соединениями секций труб,
следовательно, линии глушения подвержены вибрациям, вызванным вихреобразованием.
В водоотделяющих колоннах для глубоководного бурения, нагрузка распределяется
между главным трубопроводом и линией глушения, следовательно, данные линии
подвержены усталостному напряжению, вызванному суммарной нагрузкой. Ввиду
значимости данных линий в установлении контроля над скважиной, линии глушения
являются объектами первостепенной очередности при проведении технического контроля,
при котором особое внимание должно уделяться осмотру сварных соединений на наличие
трещин от усталости.
7.7.3 Телескопическое соединение
Телескопическое соединение имеет критические точки возникновения усталостного
повреждения, что и секция труб водоотделяющей колонны. Областью возникновения
усталостного повреждения может быть верхний конец нижней трубы телескопического
соединения, где крепятся отводы линий глушения и поверхность контакта натяжного
кольца. Укрепляющая накладка может быть приварена к внешней трубе для поддержки
перемычки линии глушения или поддержки кольца натяжения. В данных компонентах
может быть люфт, который следует проверять при техническом контроле.
71
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Внутренняя труба телескопического соединения подвержена износу, в особенности в
месте контакта трубы с гибкой муфтой, где происходит относительное вращение между
водоотделяющей колонной и основанием. В то время как данная часть водоотделяющей
колонны подвержена сравнительно небольшим осевым нагрузкам и давлению, внешняя
труба телескопического соединения должна быть подвергнута регулярному техническому
контролю на износ.
7.7.4 LMRP и ВОР
Элементом наибольшего износа ВОР является гибкая муфта. Гибкая муфта
оснащена цельным защитным вкладышем и, следовательно, смежные компоненты более
подвержены износу. При проведении технического контроля следует вести учет износа
внутренних деталей ВОР и смежного с ними нижнего соединительного узла во избежание
превышения допустимых величин.
Составляющие элементы блока ВОР, включая плашки, кольца и соединительные
патрубки производятся из кованых материалов. При нормальном рабочем давлении
превентор подвергается малому напряжению или компрессии и накопленное усталостное
повреждение ничтожно мало. Различные структурные компоненты, такие как рама, могут
быть подвержены переменным нагрузкам, но так как рама не является критическим
элементом блока превентора, отсутствует необходимость тщательного осмотра.
Необходимо проводить регулярную проверку хомутов и фланцев, чтобы убедиться в
предварительном натяге.
В некоторых случаях превентор модифицируется увеличением высоты для
присоединения инструментов закрытия скважины. Данные модификации могут включать
использование дополнительного кольца с фланцами или прокладками. При использовании
подобных модификаций, могут быть использованы сварные соединения. При
использовании подобных компонентов при глубоководном бурении остаточное
напряжение значительно снижает усталостную прочность и порождает необходимость
тщательного технического контроля.
7.8 Цели проведения технического контроля и критерии допустимых величин
7.8.1 Визуальный осмотр
Признаки ухудшающегося состояния водоотделяющей колонны, обнаруженные в
ходе визуального осмотра после извлечения водоотделяющей колонны:
—
износ или коррозия секций водоотделяющей колонны: произвести
измерение толщины труб. В случае если показания измерений окажутся ниже
минимальной толщины стенок труб, отложить секцию до проведения детального осмотра.
—
наглядные признаки трещин: отложить секцию для детального осмотра.
—
ослабевшие соединения: затянуть или заменить крепления.
 поврежденный модуль плавучести: удалить модель плавучести при опасности
потери плавучести и настроить натяжение водоотделяющей колонны на компенсацию
потери плавучести.
7.8.2 Периодический осмотр
7.8.2.1 Общие принципы
Измерения толщины стенок труб, допустимое отклонение размера, усталостные
дефекты, обнаруженные в ходе подробного осмотра, должны соответствовать критериям
производителя системы водоотделяющей колонны. В 7.8.2.2 – 7.8.2.4 приведены
возможные источники ухудшающегося состояния, а также сопутствующие требования и
ограничения применяемых технологий технического контроля. Также данные пункты
содержат возможные случаи несоответствия, требования к ремонту или снижению
номинальных параметров натяжения или давления, прочность секций.
72
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
7.8.2.2 Снижение толщины стенок
Перед пуском в эксплуатацию водоотделяющая колонна подлежит техническому
контролю, чтобы убедиться в соответствии толщины стенок трубы установленным
величинам. Снижение толщины стенок происходит во время эксплуатации вследствие
износа и коррозии. Снижение толщины может быть равномерно по всей длине стенок
водоотделяющей колонны вследствие коррозии во время эксплуатации, которое может
быть обнаружено при хранении колонны. Износ внешней поверхности труб во время
эксплуатации приводит к коррозии, чаще всего возникающей в критических зонах.
Процедуры технического контроля толщины стенок труб позволяют измерить общее и
локальное снижение толщины стенок труб. Критерий допустимой толщины объясняет
диапазон всеобщего и локального снижения толщины стенок. Ухудшающееся состояние
стенок труб водоотделяющей колонны включает в себя:
a)
Сосредоточенная потеря: локальное снижение толщины стенок
незначительно влияет на общий диапазон изгиба или предел прочности на растяжение, но
предел прочности на сжатие может снизиться. Следовательно, предел прочности на
сжатие водоотделяющей колонны должен быть проверен, в случае если сосредоточенная
толщина стенок меньше минимальной ожидаемой толщины.
b)
Продольная потеря: Продольная потеря толщины стенок вдоль окружности
труб может быть вызвана прихватом во время вращения бурильной колонны.
Сосредоточенный периферический износ не имеет значительного влияния на предел
прочности на изгиб и сжатие труб водоотделяющей колонны, но данный износ снижает
внутренний и внешний предел прочности при сжатии и предел прочности на смятие. При
использовании труб сниженной толщины для компенсации износа, необходимо оценить
пригодность труб из расчета номинальной толщины меньше допустимой производителем.
Совместно с производителем могут быть установлены менее допустимые величины.
с) Периферическая потеря: Периферическая потеря толщины стенок может привести
к снижению предела прочности на изгиб, растяжение и сжатие. Кривизна вследствие
изгиба может стать сосредоточенной, повышая тем самым степень накопления
усталостного напряжения. Отсюда следует, что минимальная средняя периферическая
толщина стенок не должна быть меньше номинального диаметра трубы, установленного
производителем.
В случае, если линейные и угловые измерения превышают допустимые значения,
необходимо задать меньшие номинальные допустимые величины (натяжение/давление),
при этом следует эксплуатировать серединную секцию с ограничениями при меньшем
давлении и натяжении по сравнению с верхними и нижними секциями.
7.8.2.3 Усталостные трещины
Методы обнаружения трещин могут быть классифицированы на два типа: метод
поверхностных трещин, например, метод проникающей жидкости, метод магнитного
порошка (магнитный порошок позволяет обнаружить приповерхностные изъяны) и
объемно-метрический метод, позволяющий обнаружить сквозные дефекты, такие как
ультразвук и радиографический контроль. Выбор необходимого метода зависит от
проверяемой зоны.
Усталостные трещины возникают в местах соединений, где концентрируется
давление и используется сварное соединение. При использовании несварных соединений
трещины могут возникнуть в точках высокого давления. В таких местах достаточно
использовать метод обнаружения поверхностных трещин, чтобы определить возможное
появление трещин.
Сварочное соединение может быть односторонним, сделанным снаружи труб, или
двусторонним, сделанным как снаружи, так и изнутри. В односторонних сварочных
73
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
соединениях наиболее вероятным местом появления дефектов является корень шва
вследствие неполного проникновения или включения, и внутренняя поверхность трубы.
Метод обнаружения поверхностных трещин наружной поверхности неприменим к
трещинам на внутренней поверхности. Следовательно, для точного обнаружения
внутренних повреждений требуется использовать либо внутренний осмотр, либо объемнометрический метод.
Методы осмотра, описанные выше, обеспечивают определение механики
трещинообразования (разрушения материалов), в этой связи, необходимо определение
размеров трещин. Согласно работам Дикерсона 1997 года, при ультразвуковой
дефектоскопии имеется вероятность 50 % отсутствия обнаружения трещин глубиной
2 мм (0,079 дюйма и длиной 12 мм (0,47 дюйма) при использовании односторонних
сварочных соединений. Положительные результаты можно ожидать при осмотре дефектов
сварочного шва или поверхностных повреждений при использовании метода
проникающих жидкостей.
В местах обнаружения трещин необходимо провести восстановительные работы с
помощью шлифовки или повторной сварки. При износе соединения возможно повторное
появление трещин, следовательно, повторное использование требует удаления сварных
соединений из зон теплового воздействия, или полной замены.
7.8.2.4 Овальность и смятие
Овальность труб ухудшает прохождение инструментов внутри водоотделяющей
колонны и снижает прочность на смятие. В случае сдвига колонны, необходимо измерить
любое повреждение вследствие вдавливания во время эксплуатации и оценить
соответствие допустимым величинам. Даже искривленная секция может быть пригодна
для использования при бурении на мелководье, так как прочность на смятие на
мелководье не является определяющим фактором. При глубоководном бурении, смятие
является критерием, определяющим пригодность секции труб водоотделяющей колонны.
Так как прочность на смятие зависит как от износа, так и от овальности, необходимо
уделять большое внимание всеобщей форме секций труб водоотделяющей колонны.
Ограничения овальности варьируются в каждом отдельном случае эксплуатации, но
необходимо, чтобы в каждом случае данные ограничения основывались на следующих
факторах:
 функциональная работоспособность: прохождение инструментов внутри
водоотделяющей колонны с ограничениями овальности;
 овальность/толщина стенок: совокупные ограничения толщины стенок труб и
овальности или вдавливания, которые обеспечивают недопустимо низкую прочность для
выдерживания внешнего гидростатического давления.
В случаях, когда установлено, что причина дефекта заключается в овальности
необходимо измерить прочность при внешнем сжатии, используя критерии смятия.
7.9 Отчет по эксплуатации водоотделяющей колонны
7.9.1 Введение
Отчет по эксплуатации водоотделяющей колонны необходимо вести, чтобы
проводить технический контроль через определенные промежутки времени и по
определенным деталям. Рационализация технического контроля зависит от данных,
приведенных в журнале мониторинга эксплуатации.
Чем больше данных содержится в журнале (отчете), тем больше создается способов
рационализации интервалов проведения технического контроля (см. Таблицу 5). Ведение
журнала предоставляет больше информационных данных в отличие от сокращенного
контроля. К планированию проведения мониторинга эксплуатации и технического
74
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
контроля существует структурированный подход, который позволяет определить
различные степени рационализации, в соответствии с занесенными в базу данными. В
7.9.2 и 7.9.3 указан данный двухуровневый подход.
7.9.2 Запись эксплуатации
7.9.2.1 Метод записи эксплуатации требует занесения в базу сравнительно малого
количества информации. Целями данного подхода являются проведение технического
контроля на базе следующих критериев:
 общее время эксплуатации каждой секции водоотделяющей колонны: определение
промежутка проведения технического контроля в зависимости от фактического времени
эксплуатации;
 расположение трубной секции: фокусировка технического контроля в критических
местах, в частности, в основании колонны и в верхней части, мониторинг программ
вращения секций;
 конструкция водоотделяющей колонны: продолжительное время наблюдение
удержания колонны (вызванного неблагоприятными природными условиями), когда
усталостная нагрузка в верхней части водоотделяющей колонны представляет крупную
величину для уделения внимания данной зоне воздействия.
7.9.2.2 Для достижения данных целей необходимо разработать систему записей
эксплуатации и мониторинга, предусматривающую запись следующих показателей:
 заданный показатель эксплуатации каждой секции;
 увеличение длины водоотделяющей колонны, указывающее на положение каждой
секции внутри колонны при каждом спуске;
 глубина воды;
 конфигурация водоотделяющей колонны: установка, сборка, удержание,
извлечение;
 начальная и конечная дата каждой конфигурации;
 даты технического контроля.
7.9.2.3 Для определения времени эксплуатации после предыдущего технического
контроля и срока эксплуатации до следующего технического контроля, необходимо
производить подсчет, используя данные журнала.
Таблица 5 – Данные, необходимые для рационализации технического контроля
Основания для
проведения
технического контроля
Срок службы
Необходимые данные
Дата первого запуска
Результат
Наиболее упрощенный метод,
который приводит к чрезмерному
техническому контролю и лишним
затратам
Время эксплуатации
Начальная и конечная
Увеличивает интервал между
водоотделяющей колонны даты эксплуатации колонны
техническим
контролем,
исключая
время
хранения
водоотделяющей
колонны
75
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Таблица 5 (Продолжение)
Основания для
технического контроля
Необходимые данные
Последствия
Уменьшается необходимость осмотра
Время эксплуатации
Секции, используемые при
секции, используемых менее часто;
секции труб
каждом спуске
важно для удлиненных колонн, при
водоотделяющей колонны
Положение секции
Комплект труб
водоотделяющей колонны
использовании
которых
регулярно
эксплуатируется половина или две трети от
всей длины
Фокусируется на осмотре секций в
критических зонах на наличие износа и
усталостного повреждения, в особенности в
основании и верхней части колонны; дает
возможность
проводить
мониторинг
программ вращения колонны труб
Конфигурация
Конфигурации на месте
водоотделяющей колонны бурения/при удержании
Суровость
природных условий (1)
Суровость
природных условий (2)
Аварийные ситуации
Необходимо
для
прослеживания
продолжительного периода удерживания
(связанного
с
неблагоприятными
природными условиями), когда усталостная
нагрузка верхней части колонны может быть
большой, где может иметь место контакт с
корпусом судна, чтобы уделить особое
внимание данной зоне
Натяжение
водоотделяющей
и
Натяжение, масса бурового
бурильной колонн, масса бурового раствора
раствора
влияют на износ и усталость колонны;
запись текущих показаний натяжения и
массы
бурового
раствора
позволяет
проводить сравнение с прогнозируемыми
данными; составление графика проведения
технического контроля
Состояние течения и волн
Изменение
натяжения/удержание
Повышенный уровень усталостного
повреждения может возникнуть на концах
колонны, вследствие высокой скорости
(вибраций, вызванных вихреобразованием);
в верхней части колонны - вследствие
нагрузки волн;
анализа
технического
контроля,
составленного на основе характеристик
усталости и разрушения;
может быть изучено путем сравнения
текущих условий с прогнозируемыми
показателями
анализа
усталости
и
разрушения
Изменения
натяжения,
потеря
натяжения или чрезмерное натяжение,
требуют выборочного осмотра секций труб и
других компонентов при необходимости.
Требования удержания описаны выше
7.9.3 Запись эксплуатации и условий
Подход к записи эксплуатации и условий охватывает требования записи
эксплуатации и, в дополнение, учитывает суровость эксплуатационных условий. При
использовании данного подхода для определения интервала проведения технического
76
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
контроля при глубоководном бурении перед активной эксплуатацией необходимо
предусматривать эксплуатационные условия. Чем суровее эксплуатационные условия,
тем чаще необходимо проводить технический контроль.
Суровость эксплуатационных условий зависит от глубины бурения, натяжения
водоотделяющей колонны, массы бурового раствора, натяжения колонны бурильных
труб, нагрузки волн и течения. Каждый из данных параметров влияет на уровень износа и
усталостного повреждения, накапливаемого в системе водоотделяющей колонны. Запись
всех данных параметров позволяет проводить сравнения с прогнозируемыми величинами,
сделанными перед эксплуатацией для определения требований технического контроля,
устанавливать определенный промежуток проведения и зону технического контроля.
Натяжение водоотделяющей колонны, масса бурового раствора и натяжение
колонны бурильных труб могут оставаться сравнительно постоянными в течение многих
часов, и ежедневные (средние) показания могут составлять надежные данные для целей
технического мониторинга. Данные о волнах и течениях могут значительно меняться на
протяжении одного дня. На поведение колонны существенно влияют крайние значения
волн и течений, следовательно, рекомендуется заносить в журнал максимальные
показания скорости течения и массу бурового раствора ежедневно (минимум).
Ведение базы данных о волнах и течениях представляет собой сводку показателей по
природным условиям. В целях дальнейшей рационализации частоты и методов
проведения технического контроля следует вести более подробный журнал природных
условий. В подобном случае, необходимый подход к определению требований
технического контроля разрабатывается самим буровым подрядчиком аналогично двум
методам, описанным в 7.9.2 и 7.9.3.
7.9.4 Система записей и ответственность за их ведение
Ответственность за ведение записей и техническое обслуживание каротажных
систем лежит на ответственном лице, назначенном менеджером по морским установкам.
Большая часть базы данных, составляемой на основе записей эксплуатации, находится в
открытом доступе. Сбор и систематизация данных требуют сравнительно малых усилий.
Большая часть информации касается комплекта трубных секций водоотделяющей
колонны при спуске.
Практика для измерения данных, требуемых в подходе записей эксплуатации и
условий, варьируется на каждом буровом основании. В процесс мониторинга данных,
полученных в разных частях основания, может быть вовлечено определенное количество
персонала; измерение натяжения водоотделяющей колонны и массы бурового раствора
могут занять несколько рабочих смен при любых изменениях. Натяжение бурильной
колонны подлежит постоянному мониторингу и записывается в отчет. В суровых
природных условиях необходимо регулярно проводить мониторинг и запись данных в
виде ежедневного отчета. Большинство данных об условиях эксплуатации, оценки
требований технического контроля не записываются в журнале. В дополнительные
обязанности лица, ответственного за техническое обслуживание систем (записей)
эксплуатации, входят связь с рабочим персоналом буровой установки и ежедневное
внесение данных в систему записей эксплуатации колонны.
7.9.5 Журнал технического контроля
Журнал технического контроля водоотделяющей колонны должен включать вид
проведенного технического контроля, достигнутые результаты и рекомендуемые
восстановительные работы для каждой секции труб колонны, подробности используемого
метода технического контроля, количественные сведения.
77
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
8 Определенные ситуации
8.1 Глубоководное бурение
8.1.1 Общие принципы
Техническое развитие водоотделяющих колонн и систем управления значительно
расширили возможность бурения на большей глубине.
При глубоководном бурении приводится ряд физических и функциональных
требований к системам морского бурения. Данные дополнительные требования включают
следующее:
 высокая нагрузка: прочные соединения, большая толщина стенок труб, более
прочная сталь труб, большее кольцевое напряжение на забое скважины;
 контроль массы: удаление излишнего металла на соединениях и скобах крепления,
использование секций труб большей длины; [снижает общую массу на единицу глубины
(метр, фут)], использование цельнокатаных и сварных труб в главном трубопроводе
водоотделяющей колонны (взамен бесшовным трубам);
 аэродинамическое
развертывание
и
извлечение:
использование
полуавтоматического метода хранения, спуско-подъемных работ и испытания под
давлением, использование быстроразъемных соединений и удлиненных секций труб;
 возможность аварийного разрыва: возможность автоматического отсоединения
нижнего соединительного узла водоотделяющей колонны и противооткатной системы;
 повышенная подъемная сила водоотделяющей колонны: наполнитель и/или
плавучесть, повышенная прочность на натяжение;
 оснащение контрольно-измерительными приборами: дополнительные контрольноизмерительные приборы для более подробного мониторинга критических параметров,
таких как натяжение, угол наклона водоотделяющей колонны и натяжение на стенках труб
у основания колонны и природные условия;
 контроль давления кольцевого пространства: автоматический клапан наполнения
для предотвращения разрушения, устройство, перекрывающее кольцевое пространство,
расположенное ниже телескопического соединения для осуществления контроля над
внутренним давлением в случае притока газа;
 дополнительная вспомогательная линия: жесткий подающий трубопровод
гидросистемы для снабжения рабочей жидкостью регулирующего клапана блока
превентора; линия подачи промывочной жидкости, способствующая возврату шлама вверх
по кольцевому пространству водоотделяющей колонны;
 система удержания во время шторма: специальный аппарат, позволяющий
удерживать удлиненную водоотделяющую колонну в то время как судно покидает
штормовую зону;
 сопряжение с системой управления мультиплексором: неизвлекаемый
подводный коллектор управления на нижнем соединительном узле водоотделяющей
колонны, крепления на каждой секции труб для кабеля питания мультиплексора;
 система подводного ввода: аппарат дистанционного управления, акустический
и/или видео аппарат для управления устьем скважины или превентором и процессом
подводного ввода;
8.1.2 Контроль массы
8.1.2.1 Общие принципы
Масса буровой платформы и требования к хранению глубоководной
водоотделяющей колонны больше в сравнении с водоотделяющей колонны при
нормальных условиях. Большая масса буровой платформы и требования по размещению
78
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
подобных водоотделяющих колонн, также итоговая стоимость, составляют значительную
величину от массы и стоимости бурового основания. Следовательно, при разработке и
производстве глубоководной колонны необходимо учитывать соотношение массы и
стоимости.
Большая масса водоотделяющей колонны вызвана не только большей длиной
колонны при глубоководном бурении, но и большей толщиной стенок труб, более
мощными соединениями, дополнительными вспомогательными линиями и большей
плавучестью. Скобы крепления вспомогательных линий незначительно влияют на общую
массу секций труб, влияние данных деталей чаще усиливается необходимостью
сбалансировать их с помощью дополнительного материала плавучести. Материал
плавучести должен быть оптимизирован для высокой подъемной силы и надежности.
8.1.2.2 Допустимые значения стенок труб и плавучести
Допустимые значения толщины стенок труб приведенные в [154] неприменимы к
главному трубопроводу водоотделяющей колонны при глубоководном бурении, так как
возможно возникновение значительных потерь массы и плавучести. Особое внимание
следует уделять цельнокатаным и сварочным трубам с меньшим диапазоном допустимых
значений. Размеры секций труб и муфт соединений водоотделяющей колонны должны
быть разработаны в соответствии с практическими требованиями эксплуатации.
Допустимые значения материалов должны быть оговорены и предусмотрены
сталелитейными заводами-производителями. Аналогичным образом, допустимые
значения для модулей плавучести представляют особую важность и должны
соответствовать практическим ограничениям эксплуатации.
8.1.2.3 Системы натяжения
Современные технологии нацелены на снижение стоимости и массы натяжных
систем при сохранении производительности (см. [149], Раздел 8).
8.1.2.4 Альтернативные материалы
8.1.2.4.1 Общие принципы
При сверхглубоком бурении необходимо тщательно измерить стоимость и
эффективность системы плавучести против массы и рентабельности самой
водоотделяющей колонны. При сверхглубоком бурении требуется большая прочность
(следовательно, и масса) водоотделяющей колонны, но система плавучести становится
менее эффективной с повышением глубины. В некоторых случаях нетрадиционные
подходы могут быть более рентабельны.
Материалы, используемые при глубоководном бурении, должны повышать степень
соотношения прочности к массе секции труб, тем самым создавая меньший спрос на
системы плавучести. Новые технологии приводят замену стали легкими по массе и
большими по прочности волоконными композитными материалами или титаном. При
рассмотрении альтернативных материалов для сверхглубокого бурения, необходимо
оценить характеристики материалов в общем интегрированном систематическом подходе,
включая стоимость и производительность водоотделяющей колонны, системы плавучести,
натяжных устройств, динамики/усталости, массы/размеров и систему погрузки.
8.1.2.4.2
Волоконные композитные материалы
В последнее время был сделан значительный прогресс в разработке и
экспериментальном применении линий глушения из композитных материалов в
водоотделяющих колоннах большого диаметра. К достигнутым улучшениям относятся
стальные трубы малого диаметра с тонкими стенками, обмотанными волокнами легкого и
высокопрочного синтетического волокна (арамид) со смоляной матрицей [111], [112],
[44]. Данная композитная конструкция позволяет значительно снизить массу
вспомогательных линий высокого давления, прикрепленных к водоотделяющей колонне.
79
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Существуют разработки применения подобной технологии к водоотделяющей
колонне. Стальные трубы колонны имеют обмотку из арамидного волокна. Осевая
нагрузка сохраняется внутри стальной трубы и соединений, значение которой зависит от
обмотки, способной выдерживать кольцевое напряжение, вызванное давлением бурового
раствора.
Аналогично обмотке стальных труб, разрабатываются другие виды композитных
материалов, такие как навивной графит; материалы с эпоксидной основой из стекла S.
Подобные разработки со временем найдут свое применение в высокотехнологичных
водоотделяющих колоннах, при условии соответствия требованиям конструкции и износа
бурильных колонн.
8.1.2.4.3 Титан
Сплавы титана являются легкими, крепкими и прочными как при морских
природных условиях, так и при износе. Данный материал меняет форму, поддается ковке,
сварке и обработке резанием.
Использование сплавов титана в конструкциях водоотделяющих колонн значительно
увеличивает пределы текучести от 830 MПа до 1100 MПа (от 120 тыс. футов на кв. дюйм
до 160 тыс. футов на кв. дюйм), при содержании стали в сплаве приблизительно 60 %, т.е.
отношение массы к прочности составляет порядка 2,5 - 3,3 в сравнении с 550 MПа
(80000 футов на дюйм2).
Основной проблемой использования титана является его стоимость. Другой
недостаток связан с низкой эластичностью титана (в 2 раза меньше стали), которая может
вызвать осевые отрицательные динамические показатели при сверхглубоком бурении. В
настоящее время, титан успешно используется в специальных целях, например, в секциях
труб эксплуатационной колонны.
8.1.3
Приток газа
Пластовый газ, проникающий в водоотделяющую колонну, прежде чем закроется
превентор, расширяется по мере прохождения вверх по кольцевому пространству. В
удлиненных водоотделяющих колоннах последующая объемная скорость на поверхности
может быть опасна, что совместно с давлением бурового раствора может привести к
разрушению водоотделяющей колонны.
Для контроля над движением флюида используется устройство, блокирующее
кольцевое пространство (кольцевой превентор), располагаемого ниже телескопического
соединения водоотделяющей колонны. Ниже данного устройства находится боковой
отвод с клапаном, соединяемым со штуцерной линией рабочего шланга. С помощью
пошаговых операций, необходимо закрыть водоотделяющую колонну в случае
обнаружения газа у основания колонны. Таким образом, газ можно выпустить путем
откачки бурового раствора из линии подачи раствора и вверх по кольцевому пространству
к штуцерам (См. [45]).
8.3.3
Лед в море
Лед в море может быть либо материкового, либо морского происхождения.
Материковый лед состоит из дрейфующих глыб льда, в то время как морской лед
представляет собой морской ледяной покров. За исключением малой толщины, лед
представляет значительную и даже чрезвычайную угрозу буровому судну, якорной
оттяжке и двигателю судна.
Ледяные глыбы классифицируются по размеру (толщине, возвышение над уровнем
воды, площадь покрытия) и по возрасту [18].
При возможности лучше избегать бурения в зонах, покрытых льдом. Ледяной
покров оказывает сильную нагрузку на буровое судно и систему позиционирования.
80
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Ледяные глыбы, дрейфующие ниже уровня воды, представляют особую опасность, так как
они могут приблизиться к судну без обнаружения радаром.
Защиту от малых глыб льда обеспечивает корпус бурового судна. При достаточно
сильном течении и ветре лед может проникать под судно. Ледяной козырек вокруг
буровой шахты не позволяет глыбам проникать внутрь шахты, что может отрицательно
повлиять на водоотделяющую колонну.
Полупогружные буровые установки обеспечивают меньше защиты водоотделяющей
колонны от льда. В таких случаях, в зонах покрытых льдом эффективно использовать
специальные заграждения или тороидальные колонны.
~
8.4 Разрушение водоотделяющей колонны
8.4.1
При частичной удалении (ситуации управления скважинами, аварийный
разрыв), водоотделяющая колонна подвергается перепадам давления, которые могут
послужить причиной поломки колонны. Ниже приведены случаи разрушающей нагрузки
на колонну:
а) водоотделяющая колонна частично опустошенная газом из превентора, который
перемещается и расширяется: при эвакуации колонны наполовину [полная эвакуация
457,2 м (1500 футов)] с буровым раствором плотностью 1,02 кг/л (8,55 фут/галл) ниже 1)
предполагаемой глубины эвакуации;
b) отверстие в колонне, пропускающее буровой раствор через U-образую трубу в
море: водоотделяющая колонна извлекается на глубину, высчитываемую с помощью
Формулы (9).
Le= Lh(1-ρw/ρm)
(9)
В случае, если сопротивление разрушению колонны не соответствует данным
критериям, необходимо установить автоматический клапан наполнения.
8.4.2 Факторы, влияющие на глубину, на которой происходит разрушение труб:
a)
отношение диаметра к толщине;
b)
предел текучести;
c)
размеры и допустимые величины (наружный диаметр, толщина стенок,
соосность, овальность);
d)
коррозия, износ прихвата, локальное повреждение;
e)
осевое натяжение;
f)
напряжение при изгибе;
g)
плотность внутренних флюидов.
8.4.3 Разрушение водоотделяющей колонны внешним давлением может произойти
двумя способами:
—
разрушением вследствие превышения упругости;
—
совокупностью упругой и пластической деформации, называемой
переходной формой разрушения.
_________
Испытания в рабочих условиях показают, что передвижение пузырьков газа в глубоководных
колоннах, наполненных буровым раствором на водной основе, сопровождается разбросом пузырьков, а не
скапливанием в большие пузыри [42]. При использовании буровых растворов (не на водной основе), газ
растворяется в жидкости, впоследствии, газ образуется у поверхности. Данный эффект не позволяет газу
выходить пузырьками.
1)
81
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Механизм разрушения может быть определен отношением диаметра к толщине,
пределом текучести, осевым натяжением колонны по формулам, представленным в [152].
Также допустимы и другие способы. Чем больше соотношение диаметра к толщине
стенок, тем больше диапазон упругости труб. Однако, трубы меньшего диаметра и
толщины должны проверяться на переходное разрушение, так как существует
возможность возникновения разрушения при низком внешнем давлении.
Разрушение чаще возникает в упругих зонах, нежели вследствие совокупной
деформации.
Повышенное осевое натяжение служит причиной возникновения
разрушения переходной формы.
8.5 Характеристики H2S
Факторы, влияющие на трещинообразование под действием H2S, включают:
a)
материал подверженный трещинообразованию под действием H2S;
b)
благоприятная для трещинообразования среда (H2S и вода);
c)
давление на материал: внешнее (внешняя нагрузка и давление) или
внутреннее (остаточное напряжение высокопрочных материалов и/или сварочных
соединений). Традиционные методы контроля над подверженностью материала к
трещинам, образуемым сероводородом, включают:
—
ингибиторы;
—
буровой раствор на масляной основе;
—
контролируемый pH (минимальный pH равен 10).
В случае если среда не поддается стабильному контролю, необходимо использовать
материалы более стойкие к сероводороду. Для контроля качества и испытаний материалов
см. [88].
82
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Приложение А
(информационное)
Отчет характеристик водоотделяющей колонны
Таблица А.1 — Отчет характеристик водоотделяющей колонны
Место расположение
Глубина воды
Название основания
Тип основания
План основания
Буровая
площадка
(к
водоотдачи)
Размеры буровой шахты
линии
Система натяжного устройства
Количество устройств
Значение коэффициента DTL
[кН (кип)]
Номер
устройства/аккумулятора
Натяжение буровой площадки:
вращ/невращ.
Угол
наклона
линии
натяжения
Соединение линий натяжения
[кН (кип)]
Диаметр линии натяжения
[мм (дюйм)]
Толщина
натяжения
[кН (кип)]
проволоки
и
Телескопическое соединение
Сокращенная
длина
[м (фут)]
Растяжение UFJ
[м (фут)]
Наружный диаметр BBL
[см (дюйм )]
Воздушная масса О. В.
[кг (фунтов массы)]
Значения напряжения
[кН (кип)]
Стяжной диаметр
[см (дюйм)]
Массовый диаметр
[см (футов)]
Тип прерывания
Эффективность прерывания
Общая длина [м (фут)]
Удержание бурового раствора над
площадкой [м (фут)]
Толщина стенки О.В. [см (дюйм)]
Погруженная масса О.В.
[кг (фунтов массы)]
Динамическое
сопротивление
смещения О.В.
[МПа (ksi)]
Уровень дефекта 1 и 2
(неудовлетвор/удовлетвор)
Массовый коэффициент, Сm
83
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Таблица А.1 (продолжение)
Секция водоотделяющей колонны
Тип 1
Отсутствие соединений
Плавучесть
Измеренная длина [м (фут)]
Тип соединения
Напряжение соединения
[кН (кип)]
Текучесть соединения [МПа (ksi)]
Напряжение соединения при усил. F.
Масса соединения [кг (фунтов массы)]
OD главного трубопровода
[см (дюйм)]
Толщина стенок главного трубопровода
[см (дюйм)]
Текучесть главного трубопровода
[МПа (ksi)]
Напряжение трубопровода при усил. F.
OD/ID линий глушения [см (дюйм)]
Буровой раствор В. L. OD/ ID [см (дюйм)]
Гидравлика L. ID (см (дюйм)]
Неизолированная секция R. Воздушная масса
[кг (фунтов массы)]
Погруженная масса [кг (фунтов массы)]
Допустимое отклонение металлоконструкций
(%)
Способ плавучести
Плотность наполнителя
[кг/мз (фунтов массы /фут3)]
Диаметр оборудования плавучести
[см (дюйм)]
Длина
оборудования
[м/соедин.(фут/соедин.)]
плавучести
Воздушная масса оборудования плавучести [кг/
соедин.]
Сила плавучести
[кН/соедин. (фунт/соедин.)]
Масса оборудования плавучести по отношению
к 1 (ср. %)
84
Тип 2
Тип 3
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Таблица А.1 (продолжение)
Секция водоотделяющей колонны
Тип 1
Тип 2
Тип 3
Потери плавучести (Е+Т) (%)
Стяжной диаметр [см (дюйм)]
Массовый диаметр [см (дюйм)]
Уровень дефекта 1 и 2
(неудовлетвор/удовлетвор)
Массовый коэффициент, Сm
Длина укороченной трубы [м (фут)]
OD главного трубопровода [см (дюйм)]
Толщина стенок главного трубопровода
[см (дюйм)]
Воздушная масса
[кг (фунтов массы)]
Погруженная масса
[кг (фунтов массы)]
Соединительная муфта
(шаровый шарнир) и адаптер
Верхняя
Нижняя
Средняя
Номинальная характеристика
[кН (кип)]
Обратное вращ. [градусы
относительно объема]. Буровая
установка
Верх. UFJ над буровой
установкой
Контр. - верх. [м (фут)]
Контр - низ. [м (фут)]
Эффект. воздушная масса
[кг (фунт)]
Эффект. погруженная масса
[кг (фунт)]
Осевая жесткость
[кН/см (кип/дюйм)]
85
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Таблица А.1 (продолжение)
Соединительная муфта
(шаровый шарнир) и адаптер
Верхняя
Нижняя
Средняя
Вращ. жесткость
[кН - м/град (фунт - фут/град)]
Макс. вращение (град.)
Стяжной диаметр
[см (дюйм)]
Уровень дефекта 1 и 2
(неудовлетвор/удовлетвор)
Массовый коэффициент, Сm
Блок/Устье
LMRP
Нижний блок
Устье
Высота [м (фут)]
Воздушная масса
[кг (фунт)]
Погруженная масса
[кг (фунт)]
Стяжной диаметр
[см (дюйм)]
Уровень жидкости
(мз/м [фут3/фут])
Макс. натяжение [кН (кип)]
Макс. изгиб. момент
[кН-м (фунт -фут)]
Показатели
бурения
Масса D.F.
[кг/дм3(фунт/галлон)]
Смещение основания
(%, WD)
Предельные
натяжения (%, DTL)
86
Бурение
Остановка бурения
Разрыв
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Таблица А.1 (продолжение)
Условия окружающей среды
Режим работы
Бурение
Остановка бурения
Разрыв
Расчетная высота волны [м (фут)]
Период волны (с)
Длина волны [м (фут)]
Cредний период колебаний волны
через нулевую отметку (с)
Максимальный период (с)
Тип частотного ресурса
WD (полная
высота)
[м (фут)]
Профиль
течения
Скорость
м/с (узлов)
WD
[м (фут)]
Скорость
м/с (узлов)
WD
[м (фут)]
Скорость
м/с (узлов)
Макс.
штормовой
нагон +
прилив/отлив
Колебание,
градус/м (градус/фут)
т
с
RAO
м/м
(фут/фут)
Угол
т
смещения,
с
град
Движение основания
Качка,
м/м (фут/фут)
RAO
м/м
(фут/фут)
Угол
смещения,
град
Смещение
градус/м (градус/фут)
т
с
RAO
ft/ft
(м/м)
Угол смещения,
град
87
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Приложение B
(информационное)
Усталость конструкции
Причинами возникновения усталостных повреждений в водоотделяющей колонне
являются волнения и колебания/вибрации, вызванные вихреобразованием.
Существуют два основных принципа для расчета усталости конструкции. Первый
принцип основан на усталостных испытаниях и кривой S-N (диапазон напряжений в
сравнении с количеством циклов), может выражаться посредством расчетов
детерминированного и спектрального метода. Второй принцип основан на механике
разрушения. Для водоотделяющей колонны, настоящие принципы требуют необходимых
данных по магнитуде и вероятным происхождениям волнения в течение срока службы
или рекомендуют периодические проверки. Данные волнения, вызванные при изменении
погодных условий, используются для расчета усталости. Срок службы водоотделяющей
колонны определяется суммарной долговечностью (без повреждений), т.е. срок службы до
возникновения повреждений («критический отказ»).
По принципу S-N, диапазон предельного напряжения рассчитывается для каждого
волнения при изменении погодных условий. Данный диапазон напряжений равен
значению динамического напряжения «толщины труб», определяемому при расчете
показателей водоотделяющей колонны и коэффициента SAF (для элементов колонны).
Динамическое напряжение «толщин трубы» рассчитывается из динамического
изгибающего момента и колебаний динамического натяжения. Коэффициент SAF
определяется при расчете методом конечных элементов (структурных), представляет
увеличение напряжения, вызванного геометрическими характеристиками, трехмерным
эффектом, путями действия нагрузок структурных элементов.
На данный момент отсутствует определенная характеристика (кривая) усталости.
Для оценки усталости [155], [117], [30], [91] водоотделяющей колонны используются
характеристики морских конструкций. Сложность оценки усталости заключается в
передвижении плавучей буровой установки. На протяжении всего срока службы
водоотделяющей колонны используется множество расположений при определенных
условиях окружающей среды, при которых добыча на морских сооружений происходит в
одном положении.
Для детерминированного и спектрального метода расчета усталости, см. [155].
Необходимо учесть, что при расчете усталости необходимо циклическое напряжение
или диапазон напряжений, отличающийся от средних значений. Режимы натяжениенатяжение, натяжение-давление, давление-давление имеют равные показатели при данном
расчете. Если напряжения на элементах сохраняются, то означает, что элемент имеет
неограниченный срок службы и не может произойти сбои по причине усталости.
Следует проявить тщательность при определении напряжений и коэффициента SAF
в данных расчетах. Относительно небольшие изменения напряжения и SAF могут
(значительно) повлиять на изменение срока службы. После установления
пропорциональности срока службы к диапазону напряжений, возводится в степень
значения обратного наклона кривой S-N (диапазон которых равен от 3 до 5),
указывающее, что угол наклона кривой S-N 5 увеличивает вдвое диапазон напряжений,
либо данные действия уменьшают срок службы элемента по коэффициенту SAF.
Например, на элемент, имеющий срок службы 100 лет, вдвое увеличилось действие
диапазона напряжения и SAF, в результате чего срок службы уменьшился до трех лет.
88
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
По методу при использовании механики разрушения, структура предполагает
наличие мелких дефектов, характерных для исходного и/или свариваемого материала.
Данные дефекты могут привести к увеличению циклических нагрузок, приложенных к
зоне с дефектами. Срок службы структуры определяется временем на распространение
дефектов, приводящих к разрушении. При увеличении дефекта до критического размера,
хрупкий излом может привести к разрушению системы элементов. В механике
разрушения имеются следующие параметры:
— оценка дефектности, основанная на размерах повреждения (дефекта) и
расположении на элементе;
—
параметры распространения, основанные на составляющих элемента и
соотношении напряжения;
— коэффициент интенсивности напряжения, влияние геометрических свойств на
концах трещин, также продолжительное распределение напряжений; данное
распределение не должно быть связано с коэффициентом SAF;
— критерий определения трещин; оценивается способ повреждения, включающий
хрупкий излом;
— граничные условия;
—
остаточные
напряжения,
характерные
для
элемента
(материала),
соответствующего заводскому или сварному методу (см. BS 7910).
Принцип с кривой S-N является походящим для оценки срока службы
водоотделяющей колонны при вероятных (предполагаемых) условиях окружающей
среды. Метод механики разрушения, при соответствии соединения программе осмотра,
является подходящим для дальнейшего срока службы водоотделяющей колонны после
использования.
89
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Приложение C
(информационное)
Пример расчета показателей водоотделяющей колонны
С.1 Определение длины водоотделяющей колонны
С.1.1 Задача
Полупогружной буровой платформой представлена бурящаяся скважина на глубине
609,6 м (2000 футов) (средний уровень). Устье скважины зацементировано в точке и
приведена высота над линией бурового раствора. В соответствующем отчете
характеристик водоотделяющей колонны приведены данные об оборудовании,
окружающих и эксплуатационных условиях. Используя соответствующую укороченную
трубу, определить длину водоотделяющей колонны.
С.1.2 Решение
Длина водоотделяющейся колонны, Lc, рассчитывается посредством Формулы (С.1);
см. 6.4.2 и Рисунок С.1:
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Полученные значения суммируются в Таблице С.1.
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Высоты и длины в настоящем примере приводятся в виде составных величин.
Lc=LF - (LA+LB+LD+LE),
(С.1)
где LF равен сумме MLW (высота отлива), средних приливных изменений и
расстоянию от ватерлинии до RKB (роторного вкладыша для ведущей трубы);
в СИ
в USC (Американская система мер и весов)
LF = 609,6 м + 0,762 м + 26 м
LF =2000 футов + 2,5 футов + 85,5 футов
= 636,4 м
= 2 088 футов
LA равен высоте устья скважины над линией бурового раствора;
в СИ
в USC
LA = 1,46 м
LA = 4,8 футов
LВ равен сумме высоты нижнего блока и высоте LMRP;
в СИ
в USC
LВ = 6,92 м + 6,1 м = 13,02 м
LВ = 22,7 футов + 20 футов = 42,7 футов
LЕ равен сумме длины верхней части соединительной муфты (шарового шарнира)
ниже RKB (буровая площадка) и составной длины соединительной муфты (шарового
шарнира).
в СИ
в USC
LЕ = 3,08 м + (0,3 + 1) м
LЕ = 10,1 футов + (1,0 + 3,3) футов
= 4,4 м
= 14,4 футов
В итоге,
в СИ
Lc = 636,4 м - (1,46 + 13,02 + 26,27 + 4,4) м
= 591 ,2 м
90
в USC
Lc = 2 088 футов - (4,8 + 42,7 + 86,2 +
+ 14,4) футов = 1 939,9 футов
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
При соединении определенных длин: 11,73 м (25 футов) секции водоотделяющей
колонны и 4,6 м
(15 футов) укороченной трубы, уменьшается середина хода
телескопического соединения, как приведено 6.4.2.
С.2 Определение минимального предельного натяжения
С.2.1 Задача
При использовании отчета характеристик водоотделяющей колонны и значений
длины колонны (согласно предыдущему примеру), составляется соответствующая
диаграмма по месту положения. Определить минимальное предельное натяжение при
следующих условиях.
а) Бурение с 1,7 кг/дм3 (14,0 фунт/галлон) бурового раствора;
b) Остановка бурения с 1,7 кг/дм3 (14,0 фунт/галлон) бурового раствора;
с) Бурение с 1,4 кг/дм3 (12,0 фунт/галлон) бурового раствора;
d) Остановка бурения с 1,4 кг/дм3 (12,0 фунт/галлон) бурового раствора;
е) Бурение с 1,025 кг/дм3 (8,555 фунт/галлон) бурового раствора (морская вода);
f) Остановка бурения с 1,025 кг/дм3 (8,555 фунт/галлон) бурового раствора
(морская вода).
Минимальное эффективное натяжение предполагается в нижней части
водоотделяющей колонны
С.2.2 Решение
С.2.2.1 Определение предельного натяжения
Согласно Таблице 2 минимальное предельное натяжение, Тмин, определяется по
Формуле (С.2).
Тмин = ТSrмин × N/[Rf (N-n)],
(С.2)
где ТSr мин – минимальное натяжение коллекторного кольца, определяемого по
Формуле (С.З):
ТSrмин = Ws fwt — Bn fBt + Ai [ρтНт — ρW HW],
(С.З)
где Ws – сила погружения водоотделяющей колонны, выраженная в килоньютонах
(кип);
fwt – допустимый фактор массы в погруженном состоянии;
Вn – результирующая подъёмная сила материала (для плавучести), выраженная
в килоньютонах (кип);
fBt – потеря плавучести, допустимый фактор сжатия упругости, водопоглощения
и производственный допуск;
Ai – площадь поперечного сечения труб водоотделяющей колонны, выраженная
в м2 (футы в квадрате);
ρm – плотность буровой жидкости [0,896 кг/дм3 (7,48 фунт/галлон или
3
фунт/фут )];
Нm – высота колонны буровой жидкости, выраженная в метрах (футах);
ρW – плотность морской воды [1 025 кг/дм3 (64 фунт/фут3)];
HW – высота колонны морской воды, включая штормовой нагон и прилив/отлив,
выраженная в метрах (футах).
91
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Таблица С.1 — Пример расчета показателей водоотделяющей колонны
(отчет характеристик)
Место
расположение
Глубина воды
США, Восточное побережье
609,6 м (2 000 фут) средний уровень низких вод
Название
основания
Тип основания
Полупогружное
План основания
19,8 м (65 фут)
«SPICED JAR»
Буровая площадка
(к
линии
водоотдачи)
Размеры буровой
шахты
26,06 м (85,5 фут)
—
Система натяжного устройства
Количество
устройств
Номер
устройства/аккумулятора
12
2/(1)
Значение
коэффициента DTL [кН
(кип)]
356 (80)
Натяжение буровой
площадки: вращ./невращ.
0,95/0,90
Диаметр линии
натяжения [мм (дюйм)]
5,08 (2,0)
Угол наклона линии
натяжения
3о
Соединение линий
натяжения [кН (кип)]
1761 (396)
Тип прерывания
Wdg. sckt.
Толщина проволоки
и натяжения [кН (кип)]
2,45 (0.55)
Эффективность
прерывания
0,65
Телескопическое соединение
Сокращенная длина
18,65
[м (фут)]
(61,2)
Растяжение UFJ [м
(фут)]
1,3 (4,3)
61 (24)
Наружный диаметр BBL
[см (дюйм )]
Воздушная масса О. В.
[кг (фунтов массы)]
Значения напряжения
[кН (кип)]
Стяжной диаметр [см
(дюйм)]
Массовый диаметр [см
(футов)]
92
5069,8
(11177)
4448
(1000)
82,6
(32,5)
63,7
(25,1)
Общая длина [м (фут)]
Удержание бурового
раствора над площадкой
[м (фут)]
34,08 (111,2)
1,95 (6,4)
Толщина стенки О.В.
[см (дюйм)]
Погруженная масса О.В.
[кг (фунтов массы)]
1,3 (0,5)
Динамическое
сопротивление смещения
О.В.[МПа (ksi)]
4406 (9 713)
Уровень дефекта 1 и 2
(неудовлетвор/удовлетвор)
379 (55)
Массовый
коэффициент, Сm
1,2/0,9
2,0
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Таблица С.1 (продолжение)
Секция водоотделяющей колонны
Отсутствие соединений
Тип 1
26
Плавучесть
Не имеется
Измеренная длина [м (фут)]
Тип соединения
Напряжение соединения
[кН (кип)]
Текучесть соединения [МПа (ksi)]
Напряжение соединения при усил. F.
Масса соединения
[кг (фунтов массы)]
15,2 (50)
х
5560 (1250)
—
—
1090 (2400)
OD главного трубопровода
[см (дюйм)]
Толщина
стенок
трубопровода [см (дюйм)]
главного
Текучесть главного трубопровода
[МПа (ksi)]
Напряжение трубопровода при усил. F.
OD/ID линий глушения (см
(дюйм)]
Буровой раствор В. L. OD/ ID
[см (дюйм)]
Гидравлика L. ID (см (дюйм)]
х
5560
(1250)
—
—
1090
(2400)
12
Имеется
15,2 (50)
х
5560 (1250)
—
—
1090 (2400)
53,3 (21)
53,3 (21)
1,3 (0,5)
1,6 (0,625)
1,6 (0,625)
448 (65)
448 (65)
448 (65)
1,5
10,2/6,667
(4,0/2,625)
10,2/8,573
(4,0/3,375)
—
4921 (10850)
Погруженная масса [кг (фунтов массы)]
4277 (9429)
отклонение
2
Не
имеется
15,2 (50)
Тип 3
53,3 (21)
Неизолированная секция.
Воздушная масса [кг (фунтов массы)]
Допустимое
металлоконструкций (%)
Тип 2
1,5
10,2/6,667
(4/2,625)
10,2/8,573
(4,0/3,375)
—
5694 (12553)
4948 (10909)
1,5
10,2/6,667 (4/2,625)
10,2/8,573
(4,0/3,375)
—
6079 (13403)
5283 (11647)
±5
±5
Способ плавучести
—
—
Плотность наполнителя [кг/мз
(фунтов массы /фут3)]
—
—
25
Диаметр
плавучести [см (дюйм)]
—
—
101,6 (40)
—
—
13,7 (45)
—
—
2735 (6030)
—
—
4191 (9240)
оборудования
Длина оборудования плавучести
[м/соедин.(фут/соедин.)]
Воздушная масса оборудования
плавучести [кг/соедин.]
Сила плавучести
[кН/соедин. (фунт/соедин.)]
±5
Искусственный
наполнитель
93
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Таблица С.1 (продолжение)
Секция водоотделяющей колонны
Тип 1
Тип 2
Тип 3
Масса оборудования плавучести
по отношению к 1 (ср. %)
—
—
± 0,91 (± 2)
Потери плавучести (Е+Т) (%)
—
—
2
Стяжной диаметр [см (дюйм)]
73,7 (29)
73,7 (29)
101,6 (40)
Массовый диаметр [см (дюйм)]
56,1 (22,1)
56,1 (22,1)
101,6 (40)
1,2/0,9
1,2/0,9
1,2/0,8
Массовый коэффициент, Сm
2
2
2
Длина укороченной трубы
[м (фут)]
1,82 (5)
Уровень
дефекта
(неудовлетвор/удовлетвор)
и
1
2
OD главного трубопровода
[см (дюйм)]
3,64 (10)
5,46 (15)
9,11 (25)
53,3 (21)
53,3 (21)
53,3 (21)
53,3 (21)
1,3 (0,5)
1,3 (0,5)
1,3 (0,5)
1,3 (0,5)
Воздушная масса
[кг (фунтов массы)]
1113 (2453)
1525 (3361)
1973 (4349)
2796 (6165)
Погруженная масса
[кг (фунтов массы)]
967 (2132)
1325(2921)
1714 (3779)
2430 (5357)
Толщина
стенок
трубопровода [см (дюйм)]
главного
Соединительная муфта
(шаровый шарнир) и адаптер
Верхняя
Нижняя
—
3695 (830,7)
—
—
39,8
—
10,1
—
—
Контр.- верх. [м (фут)]
0,305(1,0)
2,35 (7,7)
—
Контр - низ. [м (фут)]
1,01 (3,3)
Номинальная характеристика
[кН (кип)]
Обратн. вращ. abv.
Буровая установка
Верх.
UFJ
над
буровой
установкой
1,01
(3,3)
Средняя
—
Эффект. воздушная масса
[кг (фунт)]
—
5332 (11754)
—
Эффект. погруж. масса
[кг (фунт)]
—
4633 (10214)
—
Осевая жесткость
[кН/см (кип/ дюйм)]
—
7706 (4400)
—
94
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Таблица С.1 (продолжение)
Соединительная муфта
(шаровый шарнир) и адаптер
Верхняя
Вращ. жесткость
[кН ∙ м/град (фунт ∙ фут/град)]
0
Нижняя
Средняя
0,027 (20,0)
—
Макс. вращение (град.)
10
10
—
Стяжной диаметр [см (дюйм)]
45
32,5
—
1,5/1,5
1,5/1,5
—
2
2
—
Уровень дефекта 1 и
(неудовлетвор/удовлетвор)
Массовый коэффициент, Сm
2
Блок/Устье
Высота [м (фут)]
LMRP
Нижний блок
Устье
6,01 (20,0)
6,92 (22,7)
1,5 (4,8)
Воздушная масса
[кг (фунт)]
31 751 (70 000)
118000 (260 000)
—
Погруженная масса
[кг (фунт)]
27 590 (60 830)
102485 (225 940)
—
Стяжной диаметр
[см (дюйм)]
167,6 (66)
304,8 (120)
—
Уровень жидкости
(мз/м [фут3/фут])
1,86 (20)
4,65 (50)
—
8896 (2000)
8896 (2000)
8896 (2000)
2,71 (2000)
2,71 (2000)
2,71 (2000)
Макс. натяжение [кН (кип)]
Макс. изгибающий момент
[кН ∙ м (фунт ∙ фут)]
Показатели бурения
Бурение
Остановка бурения
Разрыв
Масса D.F. [кг/дм3
(фунт/галлон)]
1,44; 1,66 (12; 14)
1,03; 1,44; 1,66
(8,56; 12; 14)
1,03 (8,56)
Смещение основания
(%, WD)
0; 2
2; 4
6
Предельные натяжения
(%, DTL)
50-90
50-90
—
95
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Таблица С.1 (продолжение)
Условия окружающей среды
Режим работы
Бурение
Остановка
бурения
Разрыв
Расчетная высота волны [м (фут)]
—
—
—
Период волны (с)
—
—
—
Длина волны [м (фут)]
4,88 (16,0)
6,52 (21,4)
8,2 (26,9)
Cредний период колебаний волны через
нулевую отметку (с)
8,80
9,20
9,70
Максимальный период (с)
9,94
10,93
13,90
Тип частотного ресурса
Jonswap
(Joint North Sea Wave
Atmosphere Program)
Jonswap
Jonswap
Профиль
течения
WD (полная
высота)
[м (фут)]
Скорость
м/с (узлов)
0 (0)
10,06 (33)
115 (377)
226 (873)
460 (1509)
609,6 (2000)
0,90 (1,75)
0,90 (1,75)
0,30 (0,58)
0,27 (0,52)
0,18 (0,35)
0,11 (0,22)
Макс.
штормовой
нагон +
прилив/отлив
WD
[м (фут)]
0 (0)
10,06 (33)
115 (377)
226 (873)
460 (1509)
609,6 (2000)
1,03 (2,00)
1,03 (2,00)
0,34 (0,66)
0,30 (0,59)
0,21 (0,40)
0,13 (0,25)
0(0)
10,06 (33)
115 (377)
226 (873)
460 (1509)
609,6 (2000)
5
Угол
смещения,
град
t
с
0
0,00
0
3
0,039
4
5
Скорость
м/с (узлов)
1,16 (2,25)
1,16 (2,25)
0,36 (0,75)
0,34 (0,67)
0,23 (0,45)
0,14 (0,28)
10
Движение основания
Качка,
м/м (фут/фут)
RAO
м/м
96
Скорость
м/с (узлов)
5
Колебание,
градус/м (градус/фут)
t
с
WD
[м (фут)]
Смещение
градус/м (градус/фут)
RAO
м/м
Угол
смещения,
град
t
с
RAO
м/м
(фут/фут)
Угол
смещения,
град
5,66
0,030
123
0
0,0
0
27
6,01
0,030
150
3
0,016 (0,005)
270
0,091
90
6,37
0,020
165
4
0,039 (0,012)
90
0,150
270
6,76
0,010
164
5
0,62 (0,019)
90
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Таблица С.1 (продолжение)
RAO
м/м
Угол
смещения,
град
RAO
м/м
Угол
смещения,
град
t
s
RAO
ft/ft (м/м)
Угол
смещения,
град
6
0,234
270
7,18
0,001
58
6
0,134 (0,041)
270
7
0,133
270
7,62
0,026
1
7
0,4 (0,122)
270
8
0,024
90
8,08
0,058
- 11
8
0,587 (0,179)
270
9
0,179
90
8,58
0,106
- 16
9
0,676 (0,206)
270
10
0,310
90
9,1
0,169
- 16
10
0,696 (0,212)
270
11
0,417
90
9,66
0,240
- 13
11
0,679 (0,207)
270
12
0,503
90
10,25
0,306
-9
12
0,636 (0,194)
270
13
0,575
90
10,88
0,361
-6
13
0,59 (0,18)
270
14
0,633
90
11,55
0,405
-3
14
0,535 (0,163)
270
15
0,682
90
12,25
0,438
-2
15
0,482 (0,147)
270
16
0,723
90
13,01
0,462
-1
16
0,436 (0,133)
270
17
0,761
90
13,82
0,476
0
17
0,39 (0,119)
270
18
0,799
90
14,69
0,477
0
18
0,348 (0,106)
270
19
0,833
90
15,64
0,459
0
19
0,312 (0,095)
270
20
0,870
90
16,68
0,406
0
20
0,276 (0,084)
270
—
—
—
17,84
0,267
-1
—
—
—
—
—
—
19,14
0,206
- 173
—
—
—
—
—
—
20,6
3
- 75
—
—
—
—
—
—
22,28
1,799
-1
—
—
—
—
—
—
24,19
1,33
0
—
—
—
—
—
—
26,39
1,181
0
—
—
—
—
—
—
28,91
1,112
0
—
—
—
t
s
t
s
97
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Длины приведены в м (футах), если не оговорено иное
1 – Верхняя проводка; 2 – ВОР; 3 – LMRP; 4 – Центр нижней гибкой муфты/ шарового шарнира;
5 – Секция водоотделяющей колонны (без плавучести);
[15,9 мм × 18,2 м (5/8 дюйма × 50 футов)]; 6 – 16 секций водоотделяющей колонны (без плавучести)
[12,7 мм × 18,2 м (1/2 дюйма × 50 футов)]; 7 – 10 секций водоотделяющей колонны (без плавучести)
[12,7 мм × 18,2 м (1/2 дюйма × 50 футов)]; 8 – 11 секций водоотделяющей колонны (без плавучести)
[15,9 мм × 18,2 м (5/8 дюйма × 50 футов)];
9 – Укороченная труба [5,5 и 9,1 (15 и 25)];
10 - Макс. штормовой нагон + прилив/отлив; 11 - Кольцо натяжного устройства;
12 - Центр верхней гибкой муфты/ шарового шарнира; 13 – Вращающееся отводное устройство; 14 – RKB;
15 – Буровая площадка; 16 – Центр O.F. бурового раствора; 17 – Линия бурового раствора.
Рисунок С.1 - Пример расчета – Диаграмма к водоотделяющей колонне
98
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
С.2.2.2 Погруженная масса водоотделяющей колонны, Ws, момент допустимого
фактора, fwt.
Общая допустимая погруженная масса WS,Tot
Таблицей С.2.
fwt приводится в соответствии с
Таблица С.2 - Общая допустимая погруженная масса
Секции
водоотделяющей
колонны
26 @ тип 1
Погруженная
масса на секцию
WS,J [кН (фунт)]
41,94 (9429)
Общая
погруженная
масса на
секцию WS,Общ.
[кН (фунт)]
Коэффициент
допустимого
отклонения
массы
Общая
допустимая
погруженная
масса WS,Tot fwt
[кН (фунт)]
1090 (245154)
1,05
1 145 (257412)
1 @ тип 2
48,53(10909)
48,53 (10909)
1,05
50,95 (11454)
11 @ тип 3
51,36 (11547)
56,99 (128117)
1,05
598,4 (134523)
Укороченная
труба, 16,81 (3779)
5,5 м (15 футов)
16,81 (3779)
1,05
17,65 (3968)
Укороченная
труба, 23,83 (5357)
9,1 м (25 футов)
23.83 (5357)
1,05
25,02(5625)
Телескопическое
соединение (WL)
49,72 (11177)
1,05
52,20 (11736)
1 799 (404 493)
–
1889 (424718)
49.72
(11177)
–
С.2.2.3 Сила плавучести водоотделяющей колонны, Вn, момент допустимого
фактора плавучести, fВt.
Общая допустимая плавучесть, Вn,Tot fBt, приводится в соответствии с Таблицей С.3.
Таблица С.З - Общая допустимая плавучесть
Секции
Сила плавучести Общая плавучесть
водоотделяющей на секцию WS,J [кН на секцию Вn,Tot
колонны
(фунт)]
[кН (фунт)]
11 @ тип 3
Коэффициент
допустимого
отклонения
плавучести
Общая
допустимая
плавучесть Вn,Tot
fBt [кН (фунт)]
41,10 (9240)
452,1 (101640)
0,96
434,0 (97574)
-
452,1 (101640)
-
434,0 (97574)
99
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
С.2.2.4 Попереченое сечение водоотделяющей колонны для бурения
Площадь (внутренняя) поперечного сечения водоотделяющей колонны для бурения,
Аi, (включая вспомогательные линии) в нижней части водоотделяющей колонны (2 типа)
рассчитывается по следующему примеру:
В СИ
В USC
2
2
Аi = π/4 × [50,165 + (2 × 6,668 ) +
Аi = π/4 × [19,7502+(2×2,6252) + 3,3752]
2
2
2
2
+ 8,573 ]/100 = 0,2104 м
/ 144 =
= 2,2647 футов2
С.2.2.5 Напорный столб (колонна) буровой жидкости, ρтНт
В следующих примерах приводится расчет показателей напорного столба буровой
жидкости:
а) плотность буровой жидкости, ρm:
В СИ
В USC
3
3 3
ρm = 1,025 кг/дм × 1000 дм /м
ρm = 8,555 фунт/галлон × 7,48 галлон/фут3
3
= 1 025 кг/м
= 64,00 фунт/фут3
ρm = 1,4378 кг/дм3 × 1000 дм3/м3
= 1437,8 кг/дм3
ρm = 12 фунт/галлон × 7,48 галлон/фут3
= 89,76 фунт/фут3
ρm = 1,6774 кг/дм3 × 1000 дм3/м3
= 1677,4 кг/м3
ρm = 14 фунт/галлон × 7,48 галлон/фут3
= 104,72 фунт/фут3
Высота напорного столба буровой жидкости при переполнении, включая штормовой
нагон, Нт:
В СИ
В USC
Нт, = 15,24 + 243,84 + 320,04 + 12,19 +
Нт = 50 + 800 + 1 050 + 40 - 83,6 +
+ 25,48 + 4,39 - 1,95 + 1,52
+ 14,4 - 6,4 + 5
= 620,76 м
= 2 036,6 футов
Напорный столб буровой жидкости, ρmНт:
1)
с морской водой :
В СИ
ρтНт = 620,76 × 1025
= 636 387 кг/м2
В USC
ρтНт = 2036,6 × 104,72 = 213273
фунт/фут2
2) с буровой жидкостью плотностью 1,44 кг/дм3 (12 фунт/галлон):
В СИ
В USC
ρтНт = 620,76 × 1437,8
ρтНт = 2036,6 × 89,76
= 892533 кг/м2
= 182805 фунт/фут2
3) с буровой жидкостью плотностью 1,68 кг/дм3 (14 фунт/галлон):
В СИ
В USC
ρтНт = 620,76 × 1677,4
ρтНт = 2 036,6 × 104,72
= 1041289 кг/м2
= 213 273 фунт/фут2
100
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
С.2.2.6 Напорный столб (колонна) морской воды, ρwHw
В следующих примерах приводится расчет показателей напорного столба морской
воды.
а) плотность морской воды, ρw:
В СИ
В USC
ρW = 1 025 кг/м3
ρW = 64 фунт /фут3
b) высота напорного столба к центру LFJ, включая штормовой нагон, Нт:
В СИ
В USC
HW = 609,60 - 1,46 - 6,92 - 6,096 + 1,52 =
HW = 2000 - 4,8 - 22,7 - 20 + 5 =
= 596,65 м
= 1 957,5 фут
c) напорный столб морской воды, ρW HW:
В СИ
ρW HW = 596,65 × 1 025
= 611 670 кг/м2
В USC
ρW HW = 1 957,5 × 64
= 125 280 фунт/фут2
С.2.2.7 Площадь внутреннего поперечного сечения на перепад давления
В следующих примерах приводится расчет внутренного поперечного сечения
(площади) на перепад давления для различных жидкостей.
а) с морской водой (в водоотделяющей колонне):
В СИ
В USC
Ai (ρтНт – ρWHW) = 0,210 (636387 - 611670) =
Ai (ρтНт – ρWHW) = 2,2647 (130342 = 5200 кг
- 125 280) = 11464 фунт
b) с буровой жидкостью плотностью 1,44 кг/дм3 (12 фунт/галлон):
В СИ
В USC
Ai (ρтНт – ρWHW) = 0,210 (892533 - 611670 =
Ai (ρтНт – ρWHW) = 2,2647 (182805 = 59 093 кг
- 125280) = 130277 фунт
с) с буровой жидкостью плотностью 1,68 кг/дм3 (14 фунт/галлон):
В СИ
Ai (ρтНт – ρWHW) = 0,210 (1041289 - 611671)
Ai (ρтНт – ρWHW) = 2,2647 (213273 = 90 391 кг
- 125 280) = 199278 фунт
С.2.2.8 Минимальное натяжение контактного кольца, TSrмин
Минимальное натяжение контактного кольца, TSrмин, рассчитывается по Формуле
(С.4):
TSrмин = Ws,Tot.f wt - Bn,Tot fBt + Ai [ρтHт - ρWHW ].
(С.4)
а) с морской водой (в водоотделяющей колонне):
В СИ
В USC
TSrмин = 192 649 - 44 259 + 5 200 =
TSrмин = 424 718 - 97 574 + 11464 =
= 153 590 кг
= 338 608 фунт
101
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
b) с буровой жидкостью плотностью 1,44 кг/дм3 (12 фунт/галлон):
В СИ
В USC
TSrмин = 192649 - 44259 + 59093 = 207483 кг
TSrмин = 424718 - 97574 - 130277 = 457421 фунт
с) с буровой жидкостью плотностью 1,68 кг/дм3 (14 фунт/галлон):
В СИ
В USC
TSrмин = 192649 - 44259 + 90391 = 238781 кг
TSrмин = 424718 – 97574 +
+ 199278 = 526422 фунт
С.2.2.9 Минимальное предельное натяжение, Tмин
Минимальное предельное натяжение, Tмин, рассчитывается по Формуле (С.5):
Tмин = TSrмин × N/[Rf (N-n)],
(С.5)
где N – количество натяжных устройств, поддерживающих водоотделяющую
колонну, равно 12;
n - количество натяжных устройств при отказе, равно 2;
Rf – коэффициент уменьшения вертикального натяжения при установке контактного
кольца (натяжного устройства), определяющий угол линии и механический коэффициент
полезного действия, равный следующим значениям:
— 0,95 (бурение),
— 0,90 (остановка бурения).
В следующих примерах приводится расчет минимального предельного натяжения.
a) бурение с буровой жидкостью плотностью 1,68 кг/дм3 (14 фунт/галлон):
В СИ
В USC
Tмин = 238 781 × 12/(0,95 × 10)
Tмин = 526 422 × 12/(0,95 × 10)
= 301 618 кг
= 664 954 фунт
b) остановка бурения с буровой жидкостью плотностью 1,68 кг/дм3 (14 фунт/галлон):
В СИ
В USC
Tмин = 238 781 × 12/(0,90 × 10)
Tмин = 526 422 × 12/(0,90 × 10)
= 318 375 кг
= 701 896 фунт
c) бурение с буровой жидкостью плотностью 12 фунт/галлон:
В СИ
В USC
Tмин = 207 483 × 12/(0,95 × 10)
Tмин = 457 421 × 12/(0,95 × 10)
= 262 083 кг
= 577 795 фунт
d) остановка бурения с буровой жидкостью плотностью 12 фунт/галлон:
В СИ
В USC
Tмин - 26 046 × 12/(0,90 × 10)
Tмин = 57 421 × 12/(0,90 × 10)
= 276 644 кг
= 609 895 фунт
e) бурение с буровой жидкостью (морской водой) плотностью 1,025 кг/дм3
(8,555 фунт/галлон):
В СИ
В USC
102
Tмин = 153 590 × 12/(0,95 × 10)
= 194 008 кг
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Tмин = 338 608 × 12/(0,95 × 10)
= 427 715 фунт
f) остановка бурения с буровой жидкостью (морской водой) плотностью 1,025 кг/дм3
(8,555 фунт/галлон):
В СИ
В USC
Tмин = 153 590 × 12/(0,90 × 10)
Tмин = 338 608 × 12/(0,90 × 10)
= 204 787 кг
= 451477 фунт
103
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Приложение D
(информационное)
Пример проведения спусковых работ для водоотделяющей колонны
D.1 Установка блока в эксплуатационное положение
Безопасное обращение с блоком ВОР зависит от магнитуды движений основания и
характеристик оборудования на буровой установке. Некоторые виды буровых установок
оснащаются специальными приспособлениями для ввода и направления блока ВОР через
буровую шахту и зону периодического смачивания.
При определенных кинематических характеристиках основания блок может быть
перемещен в эксплуатационное положение. На плавучих средствах установка спайдерных
балок выполняется в поперечном направлении буровой шахты на буровой вышке
(установке) или уровне нижней палубы. Блок устанавливают на верхнюю часть
спайдерных балок посредством направляющих приспособлений, салазок, полозьев или
брусьев. Элементы блока ВОР должны быть испытаны на работоспособность и влияние
давление, используя систему управления ВОР. Данные испытания могут быть проведены
до/после установки на спайдерных балках. После проведения испытания (успешного)
блок ВОР готов к проведению спусковых работ.
D.2 Спуск водоотделяющей колонны и блока ВОР
Для проведения спусковых работ в нижеследующих пунктах приведены
необходимые операции.
а) Перед подъемом ВОР на спайдерные балки, система управления ВОР должна
быть установлена в эксплуатационное положение, соединитель водоотделяющей колонны
должен быть проверен на защелкивание. Управление не должно проводиться после
установки (посадки) блока.
b) Первая секций водоотделяющей колонны (два соединения) выше блока ВОР
должна иметь необходимую длину для соответствующего проведения спуска блока ВОР
без остановок. При нахождении блока ВОР в воде, движение уменьшается.
с) Соединения водоотделяющей колонны должны быть выполнены согласно
рекомендациям производителя. Соответствующее выполнение и нагружение соединений
должно быть проверено для использования в качестве элемента, работающего на
натяжение. Инструменты свинчивания/отвинчивания должны быть откалиброваны и
обеспечивать соответствующей нагрузкой для соединений водоотделяющей колонны (в
[155] приведена более подробная информация по нагрузкам).
d) Следует убедиться, что спайдер водоотделяющей колонны закреплен
соответствующим образом для опоры колонны перед извлечением инструментов для
свинчивания. Карданно-подвешенные спайдеры должны применяться, когда причиной
(значительного) изгибающего момента на соединение является вращательное или
наклонное движение основания.
е) При соединении секций и водоотделяющей колонны (элемента), соответствующие
линии глушения, штуцерная и вспомогательная должны быть испытаны под давлением
равными интервалами (каждые пять секций). Линии глушения должны быть заполнены
водой, а линии управления системы должны быть заполнены флюидом для контроля
давления в скважине.
f) Определенное количество (размеры) укороченных труб водоотделяющей колонны
104
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
должны быть подготовлены таким образом, чтобы на среднем уровне блок ВОР был
закреплен с устьем, наружная труба телескопического соединения находилась на середине
хода для соответствия движению основания.
g) Поврежденное закрепленное телескопическое соединение должно быть
составленно на верхней секции водоотделяющей колонны, наружная труба должна
удерживаться в спайдере. На буровых установках, блок ВОР устанавливается с
поврежденным закрепленным телескопическим соединением, длина дополнительной
колонны обеспечивается временной установкой дополнительной секции водоотделяющей
колонны (представленной в виде установочного патрубка) над телескопическим
соединением. Отводное устройство на буровых установках составляется в месте, где
телескопическое соединение может быть разъединено и подготовлено для установки
блока ВОР. Башмак на внутренних трубах, шарнирное соединение на трубах (наружной,
внутренней) должны быть спроектированы для опоры общей погружной массы блока ВОР
и водоотделяющей колонны, также как нагрузки под динамическим воздействием. В
дальнейшем для предотвращения разногласий, в настоящем стандарте рассматриваются
поврежденные и закрепленные элементы.
h) Водоотделяющая колонна, удерживаемая крюком (соединенным с установленным
патрубком), должна быть опущена при закреплении линий натяжного устройства с
наружной трубой телескопического соединения. Натяжное устройство должно
обеспечивать уменьшение нагрузки на крюк, удерживающим телескопическое
соединение. В данном случае, блок ВОР расположен в точке для установки.
D.3 Установка блока
Установка блока ВОР может контролироваться при применении подводной
телевизионной системы, аппарата дистанционного управления (ROV).
Для предотвращения воздействия давления водоотделяющей колонны при установке
необходимо соблюдать осторожность. Для этого блок ВОР должен быть установлен с
натяжными устройствами, поддерживающими массу, которая больше телескопического
соединения и секций водоотделяющей колонны, и с крюком или компенсатором качки,
поддерживающим баланс общей массы.
105
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Приложение E
(информационное)
Пример расчета максимального и минимального смещения замкового
соединения, происходящего при допустимом отклонении растяжения, увеличении
водоотделяющей колонны, осадке основания, приливе-отливе, качке и смещении
Е.1 Общие принципы расчета
Ниже приведен пример расчета максимального и минимального смещения TJ,
происходящего при допустимом отклонении растяжения, увеличении водоотделяющей
колонны, осадке основания, приливе-отливе, качке и смещении, при использовании
следующих величин:
— высота водоотделяющей колонны, Hвк, равна 3048 м (10000 футов);
— максимальная масса бурового раствора (плотность), ρmмакс, равна 1,68 кг/дм3
(14 фунт/галлон);
— наружный диаметр водоотделяющей колонны, Do,вк, равен 533,4 мм или 0,533 м
(21 дюйм, 1,75 фут);
— внутренний диаметр водоотделяющей колонны, Di,вк, равен 492,125 мм или
0,492 м (19,375 дюйм, 1,61 фут);
— сухая масса ВОР, W ВОР сух, равна 158757 кг (350000 фунт);
— сухая масса LMRP, W LMRP сух, равна 136078 кг (300000 фунт).
Масса при погружении, W погр, рассчитывается по Формуле (Е.1):
W погр (x) = x
,
(Е.1)
где ρстали – плотность стали, равна 7849 кг/м3 (490 фунт/фут3);
ρв – плотность морской воды,равна 1025 кг/м3 (64 фунт/фут3).
Массы при погружении для ВОР и LMRP, WВОР погр и WLMRP погр, рассчитываются по
Формулам (Е.2) и (Е.З):
WВОР погр = W погр × W ВОР сух,
= 138022 кг (304286 фунт);
WLMRP погр = W погр W LMRP сух
= 118304 кг (260618 фунт).
(Е.2)
(Е.З)
Е.2 Заданное значение смещения TJ
Заданное значение смещения TJ определяется смещением TJ с морской водой и
установкой минимального натяжения. Техника проведения работ может потребовать
установки увеличения (растяжения). Значение, LTJ, задан, приведенного в Формуле (Е.4),
может быть больше фактического значения, используемого буровой бригадой при
определении
растяжения,
также
применяемого
для
получения
максимального/минимального смещения (при необходимости):
LTJ,задан = 8,946 м (29,35 футов).
106
(Е.4)
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Е.З Расчет увеличения (растяженя)
Расчет увеличения (растяжения) определяется для изменений смещения TJ,
происходящего по причине разности натяжений. При увеличении (растяжении)
водоотделяющей колонны, натяжение определяется посредством массы при удержании,
Wудерж, водоотделяющей колонны, LMRP, BOP, приведенных в Формуле (Е.5). При
обслуживании на глубоководье с утяжеленным буровым раствором, действующее
натяжение может быть значительно больше, что увеличивает водоотделяющую колону и
уменьшает смещение TJ.
Wудерж = W вк, погруж + W LMRP, погруж + W BOP, погруж.
(Е.5)
= 679978 кг (1499095 фунт)
Площадь поперечного сечения, Aвк, элемента водоотделяющей колонны, несущего
нагрузку определяется по Формуле (Е.6):
Aвк = π/4 (Do,вк Di,вк)
(Е.6)
= 33 245 мм2 (51,53 дюйм2)
Коэффициент пружины водоотделяющей колонны, kвк, может быть рассчитан по
Формуле (Е.7):
kвк = (AвкEвк)/Нвк,
(Е.7)
= 226219 кг/м (152012 фунт/фут),
где жесткость на изгиб стали, Естали, равна 203 395 МПа (29 500 000 фунт/дюйм2).
Минимальное и максимальное растяжение TJ, ΔLTJстали, мин, ΔLTJ, стали, макс, приводится
в Формулах (Е.8) и (Е.9). Нижеприведенное натяжение приводится с целью пояснения.
Фактическое натяжение, используемого для расчета увеличения, должно определяться
при помощи анализа соединенной системы водоотделяющей колонны.
ΔLTJстали, мин =
,
(Е.8)
= 0,31 м (1,01 фута).
где Tстали, мин = 610082 кг (1345 00 фунтов).
ΔLTJ, стали, макс =
,
(Е.9)
= - 2,17 м (- 7,11 фута).
где Tстали, макс = 1170268 кг (2580000 фунт).
107
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Е.4 Движение при смещении
Данный расчет распространяется на изменения при смещении (увеличении) TJ,
происходящее при движении (с места расположения) основания. Расчет применяется с
целью пояснения. Наиболее полный анализ движений при перегоне/сдвиге определяет
(прогнозирует) большие значения изменений при смещении
Изменение движения TJ, ΔLTJсмещ, при смещении, Lсмещ (5 %), определяется по
Формуле (Е.10):
ΔLTJсмещ = Hвк · (
– 1),
(Е.10)
= 3,81 м (12,49 ft).
Е.5 Качка, прилив/отлив, осадок основания
Для анализа показателей качки, прилива/отлива необходимы определенные значения
и расчеты.
Изменения при осадке зависит от свойств основания и характера
эксплуатации. Данные параметры рассматриваются в виде определенного диапазона
(например, удвоенной амплитуды). Нижеприведенные значения приводятся с целью
пояснения, не применяются при расчете смещения водоотделяющей колонны; и
подразумевают нормальные средние условия (между наибольшимими и наименьшими
значениями).
ΔLTJкачка = 3,96 м (13,0 фут);
ΔLTJприл = 0,61 м (2,0 фут);
ΔLTJосад = 0,61 м (2,0 фут).
Е.6 Растяжение (увеличение)
Допустимое отклонение растяжения определяется определенным количеством
(размерами) укороченных труб. Допускаются укороченные трубы, 1,52 м,
обеспечивающие растяжение (увеличение), например, на ± 0,76 м (5 фут, например,
± 2,5 фут). Данное значение предполагает, что в технологический процесс требует
наименьшего растяжения к заданному смещению и может быть больше/меньше середины
диапазона.
ΔLTJрастяж = 1,52 м (5,0 фут)
Е.7 Максимальное и минимальное смещение при растяжении (увеличении) TJ
Допускается заданное смещение TJ с отклонением, ΔLобщ, Tмин, ΔLобщ, Tмакс для
определения максимального/минимального смещения, приведенных соответственно в
Формулах (Е.11) и (Е.12):
ΔLобщ, Tмин = ΔLTJзадан + ΔLTJстали, макс
= 3,4 м (11,2 фут);
108
,
(Е.11)
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
ΔLобщ, Tмакс = ΔLTJзадан + ΔLTJстали, мин + ΔLTJсмещ +
,
(Е.12)
= 16,4 м (53,8 фут).
Е.8 Максимальное и минимальное смещение для расчета возврата
При раздельном расчете, качка определяется при расчете максимального и
минимального возвратного смещения, ΔLTJвозврат,макс, ΔLTJвозврат,мин, приведенных
соответственно в Формулах (Е.13) и (Е.14):
ΔLTJвозврат,мин = ΔLобщ, Тмин +
(Е.13)
,
= 5,4 м (17,7 фут).
ΔLTJвозврат,макс = ΔLобщ, Тмакс +
.
(E. 14)
= 14,4 м (47,3 фут)
Растяжение (увеличение) определяется при установке натяжения, приводящее
максимальное и минимальное смещение TJ. Данное действие увеличивает минимальное
смещение, которое меньше максимального натяжения, и уменьшает максимальное
смещение, которое больше минимального натяжения; в соответствии с определением
средней массы бурового раствора, равной 1,318 кг/дм3 (11 фунт/галлон), и натяжением,
равным 8 274 кН (1 860 кип).
Напряжение, Тср, равно 843682 Н (1827 000 фунт/сила); ΔLTJстали,мин, ΔLTJср,мин,
ΔLTJср,макс определяется согласно Формулам (E.15), (E.16) и (E.17) соответственно.
ΔLTJстали,мин =
(E. 15)
= - 0,73 м (- 2,4 фут);
ΔLср, мин = ΔLTJзадан + ΔLTJстали, ср
(E. 16)
= 6,83 м (22,4 фут);
ΔLTJср.макс = ΔLTJзадан + ΔLTJстали, ср + ΔLTJсмещ +
, (Е.17)
= 13,4 м (43,9 фут).
Данные расчеты определяют допуски по натяжению, смещению, приливу-отливу,
качке и другим показателям, необходимым для анализа водоотделяющей колонны.
Допуски приведены в виде примеров, и не предназначены для использования при
фактических расчетах.
109
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Библиография
[1]
АРI RP 9В, Recommended Practice on Application Care, and Use of Wire Rope
for Oil Field Service (Рекомендованные правила эксплуатации, и использование
проволочного троса при обслуживании нефтяного месторождения);
[2]
АРI RP 16Q, Design, Selection. Operation and Maintenance of Marine Drilling
Riser Systems (Проектирование, отбор. Эксплуатация и использование систем
водоотделяющей колонны);
[3]
API RP 53, Recommended Practices for Blowout Prevention Equipment Systems
for Drilling Wells (Рекомендованные правила эксплуатации систем противовыбросовых
превентеров для буровой шахты);
[4]
Allen, D.W., Vortex-Induced Vibration Analysis of the Auger TLP Production
and Steel Catenary Export Risers, ОТС 7821, Houston, ТХ, рр. 169-176,1995 (Расчет
колебаний/вибраций, вызванных вихреобразованием, при добыче на бурошнековой
установке и спуске водоотделяющей колонны посредством стального несущего троса);
[5]
Ambrose, B.D., Grealish F. and Whooley, К., Soft Hang-off Method for Drilling
Risers in Ultra Deep-water, ОТС Conference Proceedings, 2001 (Метод легкого удержания
для водоотделяющей колонны для бурения в сверхглубоких водах);
[6]
AMJIG, Deep Water Drilling Riser Integrity Management Guidelines, Revision 2,
2Н Offshore Engineering Limited, 1999 (Принципы управления водоотделяющей колонной
при эксплуатации в глубоких водах);
[7]
Atlantia Offshore Ltd, document No. 99038-01, Deep Water Drilling Riser VIV
Nomograph, DeepStar CTR 4502Е, 1999 (Номограмма колебаний/вибраций, вызванных
вихреобразованием, водоотделяющей колонны при эксплуатации в глубоких водах);
[8]
Atherton, D.P., Nonlinear Control Engineering, Van Nostrand Reinhold, London.
England, 1982 (Техника нелинейного регулирования);
[9]
Barsoum, R.S., Finite element method applied to the problem of stability of а nonconservative system, International Journal for Numerical Methods, Vol. 3, 1971
(Использование метода конечных элементов при задачах на стабильность неустойчивой
системы, Международный журнал учета по числовому методу);
[10]
Barsoum, R.S. and Gallagher, R.H., Finite element analysis of torsional and
torsional-flexural stability problems, International Journal for Numerical Methods, Vo1. 2, 1970
(Расчет методом конечных элементов задач на стабильность скручивания и изгибного
скручивания);
[11]
Bathе, K.J., Finite Element Procedures, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ,
1995 (Метод конечных элементов);
[12]
Benrvett, В.Е. and Metcalf, M.F., Nonlinear Dynamic Analysis of Coupled Axial
and Lateral Motions of Marine Risers, ОТС 2776, 1977 (Нелинейный анализ динамических
характеристик осевых и поперечных движений водоотделяющей колонны);
[13]
Bernitsas, М.М., Problems in Marine Riser Design. Marine Technology, Vo1. 19,
1982 (Задачи проектирования водоотделяющей колонны);
[14]
Bernitsas, М.М., А Three-Dimensional, Non-linear, Large Deflection Моdеl for
Dynamic Behavior of Risers, Pipelines, and Cables, Journal of Ship Research, Vol. 26, No. 1,
1982 (Трехмерная нелинейная модель отклонения по динамическим характеристикам
водоотделяющей колонны, трубопроводов, и тросов, Журнал учета на научноисследовательском судне);
[15]
Bhattacharyya, R., Dynamics of Marine Vehicles, John Wiley and Sons. New
York; NY. 1978 (Динамические характеристики морских судов);
110
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
[16J
Blevins, R.D., Flow-Induced Vibration, Krieger Publishing Company, Florida,
FL. 2001 (Колебания/вибрации, вызванные вихреобразованием);
[17]
Botke, J.C., An Analysis of the Dynamics of Marine Risers, Delco Electronics
Report No. R75-67A, 1975 (Расчет динамических характеристик водоотделяющей колонны
для бурения);
[18]
Bowditch, American Practical Navigator, NV Pub 9V1, Defense Mapping Agency
— Hydrographic Center, US Government, Washington, DC, 1977 (Управление
картографической службы Министерства обороны США);
[19]
Brekke, J.N. Bernitsas Gardner, T.N., Analysis of Brief Tension Loss in TLP
Tethers, Journal or Offshore Mechanics and Arctic Engineering, February, 1988 (Анализ потерь
кратковременного напряжения на основании с натяжным вертикальным якорным
креплением, или Механические и технологические характеристики в морских и
арктических условиях);
[20]
Brekke, J.N., Сhou, В., Virk, G.S. and Thompson, Н.М., Behavior of а Drilling
Riser Hung Off in Deep Water, 11th annual Deep Offshore Technology, Stavanger, 1999
(Характеристики поведения водоотделяющей колонны для бурения на глубоководье);
[21]
Brekke, J.N., Кеу Elements in Ultra-Deep Water Drilling Riser Management.
SPE'IADC Drilling Conference. 2001 (Особенности управления водоотделяющей колонны
для бурения в сверхглубоких водах);
[22]
Brooks, I.Н., А Pragmatic Approach to Vortex-Induced Vibrations of а Drilling
Riser, ОТС 5522, 1987 (Практический подход к колебаниям/вибрациям, вызванных
вихреобразованиям, водоотделяющей колонны для бурения);
[23]
Burke, B.G., An Analysis of Marine Risers for Deep Water. J. Petroleum
Technology, 1974 (Расчет показателей водоотделяющей колонны при эксплуатации в
глубоких водах);
[24]
Burke, B.G. and Tighe, J.T., А Time Series Моdеl for Dynamic Behavior of
Offshore Structures, 1971 (Модель в реальном времени динамических свойств морских
конструкций);
[25]
Chakrabarti, S.K., Hydrodynamics of Offshore Structures, Springer-Verlag. New
York, NY, 1987 (Гидродинамические свойства морских конструкций);
[26]
Cook, R.D., Malkus, D.S., Рlesha, М.Е. and Witt, R.J., Concepts and Applications
of Finite Element Analysis, 4th Ed, John Wiley and Sons, New York, NY, 2002 (Особенности и
применения метода конечных элементов);
[27]
Cordeiro, А., Pascholain, R. and Fartes, Е., DP-PS: А Safety Program for DP
Operations, ОТС 8113, 1996 (Программа обеспечения безопасности для динамической
стабилизации);
[28] Denison, Е.В., Kolpak, М.М. and Garrett, D.L., А Comprehensive Approach to Deepwater Marine Riser Management, ОТС 4841, 1984 (Общие принципы при управлении
водоотделяющей колонной при бурении в глубоководье);
[29]
Dickerson, T.L., Pisarski, H.G., Мaddox, S.J. and Razmjoo, G.R., Guidance оn
Fatigue and Fracture Aspects of Welded Joints in Catenary Risers, TWI Report 621699/1/97,
1997 (Рекомендации для предотвращения усталости и повреждений сварочных
соединений в несущих водоотделяющей колонны);
[30]
DNV, Classification Notes 30.2 — Fatigue Strength Analysis for Mobile Offshore
Units. 1984 (Расчет прочности на морских передвижных установках);
[31]
Every, M.J., King, R. and Weaver, D.S., Vortex-Excited Vibrations of Cylinders
and Cables and Their Suppression, Ocean Engineering, Vol. 9, 1982 (Вибрации/колебания,
вызванные вихреобразованием, соединений и тросов и их затихания. Океанографическая
техника);
111
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
[32]
Every, M.J., King, R. and Griffin, О.М., Hydrodynamic Loads on Flexible Marine
Structures Due to Vortex Shedding, Transactions of ASME, New York, NY. 1982
(Гидродинамические нагрузки на передвижных морских основаниях, вызванных
вихреобразованием);
[33]
Fox, J.A., Hydraulic Analysis of Unsteady Flow in Pipe Networks, John Wiley and
Sons, New York, NY, 1984 (Гидравлический анализ нестационарного течения в системах
труб);
[34]
Francis, Р.Н. and Сох, Р.А., Mechanics of Long Drill Strings, SWRI Project No.
02-2807, Southwest Research Institute, San Antonio, ТХ, 1970 (Механика удлиненных
буровых трубопроводов);
[35]
Furnes, G.K., Hassanein, Т., Halse, К.Н. and Eriksen, М., А Fie1d Study of FlowInduced Vibrations on а Deep-water Drilling Riser, ОТС Proceedings. Houston , ТХ, 1998
(Полевые исследования колебаний, вызванных течением, водоотделяющей колонны для
бурения в глубоководье);
[36]
Gallagher, R.H., Finite Element Analysis Fundamentals, Prentice-Hall, Englewood
Cliffs, NJ, 1975 (Принципы расчета методом конечных элементов);
[37]
Gallagher, R. Н. and Lee, С.Н., Matrix Dynamic and Instability Analysis with
Non-Uniform Elements, 1970 (Матричная динамика и расчет устойчивости неоднородных
элементов); International Journal for Numerical Methods in Engineering. Vol. 2, 1970
[38]
Gardner, T.N. and Kotch, М.А., Dynamic Analysis of Risers and Caissons by the
Finite Element Method, ОТС 2651, 1976 (Динамический анализ водоотделяющих колонн и
одноопорных платформ методом конечных элементов);
[39] Gardner. T.N. and Соle, M.W., Deep-water Drilling in High Current Environment.
ОТС 4316, 1982 (Глубоководное бурение при сильноточных окружающих условиях);
[40] Garrett, D.L., Dynamic Analysis of Slender Rods, Trans. of ASME, Journal of
Energy Resources Technology, Vol. 104, 1982 (Динамический анализ прутков);
[41] Gelb, А. and Vander Velde, W.E., Multiple-Input Describing Functions and
Nonlinear System Design, McGraw-Hill, New York, NY, 1968 (Определение многоканальной
передаточной функции нелинейной системы);
[42] Gonzales, R., Shaughnessy, J. and Grindle, W. D., Industry Leaders Shed Light оn
Drilling Riser Gas Effects, Oil & Gas Journal, July 17, 2000, рр. 42-46 (Производственные
руководители классифицируют газовые эффекты водоотделяющей колонны);
[43] Griffin, О.М., Skop, R.A. and Koopman, G.H., Measurements of the Response of
Bluff Cylinders to flow-induced Vortex Shedding, OTC 1814, 1973 (Значения действий
удерживающих цилиндров при вихреобразном потоке);
[44] Guesnon, ,J., New Materials Help Solve problems Raised bу Operating Ultra-DeepSea Drilling Risers, Deep Offshore Technology, Маrbella, Spain, 1989 (Новые материалы, как
средство решения проблем при эксплуатации водоотделяющей колонны в сверхглубоких
водах);
[45] Нall, J.E., Roche, J.R. and Boulet, C.G., Means for Handling Gas Influx in а Marine
Riser, IADC/SPE Drilling Conference, IADC/SPE 14739, 1986 (Средства управления
притоком газа в водоотделяющей колонне для бурения);
[46] Harris, С.М., Shock and Vibration Handbook, McGraw-Hill, New York, NY, 1995
(Руководство при колебаниях и толчках);
[47] Higdon, A., Ohlsen, E.H., Stiles, W.B., Weese, J.A., and Riley W.F., Mechanics of
Materials, 4th Еd, John Wiley and Sons. New York. NY, 1985 (Механика материалов);
[48] Ноck, C.J. and Young, R.D., А Deep-water Riser Emergency Disconnect Antirecoil
System, Journal of Petroleum Technology, 1993 (Аварийный разрыв противооткатных
систем глубоководных водоотделяющих колонн, Журнал Технологии нефтедобычи);
112
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
[49] Ноck, C.J. and Young, R.D., Design Installation and Testing of а Deep-water Riser
Emergency Disconnect Anti-Recoil System, IADC/SPE 23858, 1992 (Проектирование и
испытания противооткатных систем глубоководных водоотделяющих колонн при
аварийном разрыве);
[50] Ноck, C.J. and Young, R.D., Sonat Designs New Riser-Disconnect Systems. Drilling
Contractor, 1992 (Проектирование Sonat новых разъединенных систем водоотделяющей
колонны);
[51] Hoerner, S.F., Fluid-Dynamic Drag: Practical Information оn Aerodynamic and
Hydrodynamic Resistance, Published bу Author, 1965 (Гидродинамическое сопротивление.
(Практическая
информация
по
аэродинамическому
и
гидродинамическому
сопротивлению);
[52] Ноlmes, Р., Mechanics of Raising and Lowering Heavy Loads in the Deep Ocean:
Cable and Payload Dynamics, Technical Report R-433, NCEL, Port Hueneme, СА, 1966
(Увеличение и уменьшение тяжелых нагрузок на глубоководье. Динамика кабелей и
полезные нагрузки);
[53] Нооft, J.P., Advanced Dynamics of Marine Structures, Wiley Interscience. John
Wiley and Sons. New York, NY, 1982 (Развитие динамики морских конструкций);
[54] Hover, F.S., Miller, S.N. and Triantafillou, M.S., Vortex Induced Vibration of Marine
Cables: Experiments Using Force Feedback, Journal of Fluids and Structures; Vol. 11, рр. 307326, 1997 (Вибрации/колебания, вызванные вихреобразованием, на морских кабелях.
Испытания при применении силовой обратной связи);
[55] Hover, F.S., Тесhеt, А.Н. and Triantafillou, M.S., Forces оn Oscillating Uniform and
Tapered Cylinders in Crossflow, J. Fluid Mechanics, 1998 (Сила, направленная на
колебательные движения и конические цилиндры при попереченом течении);
[56]
Hudspeth, R.T., Wave Force Predictions from Nonlinear Random Sea
Simulations, ОТС 2193, 1975 (Имитация нелинейных морских волнений для расчета сил
воздействия волн);
[57]
Huse, Е., Large Scale Моdеl Testing of Deep Sea Risers, ОТС 8701, Houston,
ТХ, 1998 (Крупномасштабные виды испытаний глубоководных водоотделяющих колонн);
[58]
Jacobsen, L.S. and Ayre, R.S., Engineering Vibrations, McGraw-Hill, New York,
NY, 1958 (Техническое проектирование вибраций);
[59]
Johnson, A.S. and Smith, G.D., The Technology of Drilling in 7,500 Ft. of Water,
Society of Petroleum Engineers of АIМЕ Conference, 1984 (Технология бурения на глубине
7500 футов);
[60]
Jones, M.R., Problems Affecting the Design of Drilling Risers, SPE of АIМЕ,
London. 1975 (Задачи при проектировании водоотделяющих колонн для бурения);
[61]
Kervin-Krouкovsky, B.V., Theory of Seakeeping, SNAME, New York, NY, 1961
(Теоретические основы мореходных свойств);
[62]
Keulegan. G.H. and Carpenter, L.H., Forces on Cylinders and Plates in аn
Oscillating Flow, Journal of Research of the National Bureau of Standards, Vo1. 60, No. 5, 1958
(Силы, направленные на цилиндры и основания при колебаниях течений);
[63]
Krolikowski, LP. and Gay, Т.А., An Improved Linearization Technique for
Frequency Domain Riser Analysis, ОТС 3777, 1980 (Улучшенный метод линеаризации при
расчете частотной области водоотделяющей колонны);
[64]
Kwan, С.Т., Marion, T.L. and Gardner, T.N., Storm Disconnect of Deep-water
Drilling Risers, ОТС 3586, 1979 (Штормовой разрыв глубоководных водоотделяющих
колонн для бурения);
[65]
Leасh, С. and Perez, Р. Semi's Riser Disconnect Time Cut to 30 Seconds, Ocean
Industry, 1990 (Неполный разрыв водоотделяющей колонны с выдержкой на 30 секунд);
113
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
[66]
Leeson, T.J. New Tools Extend Deep-water Well Test, Intervention Capabilities,
Oil & Gas Journal, 1999 (Новые устройства для испытаний глубководных скважин,
Возможности приведения оперативных мер);
[67] Lim, J. S. and Pfeifler, J. R., Upper Marine Riser Package, OTC 5166, 1986
(Верхний соединительный узел водоотделяющей колонны);
[68] Long, J.R., Steddum, R. and Young, R.D., Analysis of 6000 Foot Riser during
Installation and Storm, OTC 4596, 1983 (Расчет показателей водоотделяющей колонны на
глубине 6000 футов при установке и аварийных ситуациях);
[69] Lubinski, A., Necessary Tension in Marine Risers, Drilling Technology Conference of
the IADC, 1977 (Требуемые натяжения водоотделяющих колонн для бурения);
[70] MacPhaiden, F.H. and Abbot, J.P., Riser Tensioners for a TLP Application, OTC
4985, 1985 (Задачи обнаружения неисправностей натяжных устройств водоотделяющей
колонны);
[71]
Marsh, G.L., Denison, E.B. and Pekera, S.J., Marine Riser System for 7500 Ft.
Water Depth, OTC 475, 1984 (Система водоотделяющей колонны на глубине 7500 футов);
[72]
Matlock, H., Correlations for Design of Laterally Loaded Piles in Soft Clay. OTC
1204, 1970 (Корреляция при расчете поперечных нагрузок, накопленных при действии
пластичной глины);
[73] McCormick, M.E., Ocean Engineering, Wave Mechanics, John Wiley and Sons, New
York, NY, 1973 (Механика волн, инженерные средства и методы океанографических
исследований);
[74] McIver, D.B. and Olson, R.J., Riser Effective Tension — Now You See It, Now You
Don't, 37th Petroleum Mechanical Engineering Workshop and Conference, Dallas, TX, ASME,
1981 (Эффективное натяжение водоотделяющей колонны);
[75] McNamara, J.F., Joyce, P.J. and Gilroy, J.P., Arbitrarily Large Static and Dynamic
Motions of Drilling and Production Risers, International Symposium in Ocean Engineering,
Norwegian Hydrodynamic Laboratories, Trondheim, Norway, 1982 (Произвольно-большие и
динамические движения водоотделяющих колонн для бурения (эксплуатационных
райзеров);
[76]
MCS International, Coupled Drilling Riser/Conductor Analysis Methodology,
Prepared for DeepStar Committee 4502, Document No. 1-1-4-111/TN01, Rev. 2, 2000 (Метод
расчета показателей соединения водоотделяющей колонны для бурения/направляющей);
[77]
MCS International, Conductor Casing Soil-Structure Modeling Methodology –
Technical Note No. 2, Prepared for DeepStar Committee 4502, Document No. 1-1-4-111/TNO2,
Rev. 2, 2000 (Метод моделирования структуры направляющей обсадной колонны);
[78]
MCS Proposal, Coupled Analysis of Deep-water Riser-Wellhead-Structural
Casing System. Proposal No. 99.4.1.011, Rev. 02, 1999 (Составной расчет системы
«Водоотделяющая колонна-устье-направляющая обсадная колонна»);
[79]
MCS Technical Note, Conductor/Casing Soil Structure Modeling Methodology,
Doc. No. 114111/TNO2, Rev. 2, 2000 (Метод моделирования направляющей обсадной
колонны);
[80]
Michel, W.H., Sea Spectra Simplified, Meeting of Gulf Section of SNAME. 1967
(Упрощенные морские характеристики);
[81]
Miller, J.E. and Young, R.D., Influence of Mud Column Dynamics on Top
Tension of Suspended Deep-water Drilling Risers. OTC 5015, 1985 (Влияние динамики
столба бурового раствора на предельное натяжение при удержании глубоководной
водоотделяющей колонны);
[82]
Miller, J.E., Stahl, M.J. and Matice, C.J., Riser Collapse Pressures Resulting from
the Release of Deep-water Mud Columns, OTC 8853, 1998 (Давления разрушения
114
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
водоотделяющей колонны для бурения, вызванные освобождением столба бурового
раствора);
[83]
Minkenberg. H.L. and Gie, T.S., Will the Regular Wave Concept Yield
Meaningful Motion Predictions for Offshore Structures, OTC 2040, 1974 (Метод
прогнозирования направленных движений регулярных волн на морские конструкции);
[84]
Minorsky, N. Nonlinear Oscillations, D. Van Nostrand Co., Princeton. NJ, 1962
(Нелинейные колебания);
[85]
Morison, J.R., O'Brien, M.P., Johnson, J.W. and Schaff, S.A., The Force Exerted
by Surface Waves on Piles, Petroleum Transactions AIME, Vol. 189, T.P. 2846, 1950 (Силы
поверхностных вод, приложенные к столбам);
[86]
Morse, P.M., Vibration and Sound, Acoustical Soc. Amer. Publications, 1991
(Вибрация и зондирование);
[87]
Muga, B.J. and Wilson, J.F., Dynamic Analysis of Ocean Structures. Plenum
Press. New York, NY, 1970 (Анализ динамических характеристик океанских сооружении);
[88]
ANSI/NACE MR0175/IS0 15156, Petroleum and Natural Gas Industries —
Materials for use in H2S-containing Environments in Oil and Gas Production (Нефтяная и
газовая промышленность – Материалы, содержащие H2S, при добычи нефти и газа);
[89]
NESCO, Dynamic Stress Analysis of the Mohole Riser System, National
Engineering Science Company, Report 183-2А (NSF Report FB1 75258), 1965 (Расчет
динамического напряжения проекта системы водоотделяющей колонны);
[90]
Newman, J.N., Marine Hydrodynamics, The МIТ Press, Cambridge, МА. 1977
(Морская гидродинамика);
[91]
NPD, The Continental Shelf – Main Act, Regulations and Guidelines, Appendix
3: Rules for structural design of steel structures, 1982 (Континентальный шельф – Общие
принципы, Регулирование и рекомендации, Приложение 3: Правила расчета прочности
стальных конструкций);
[92]
Olagnon, М., Besancon, О. and Gaesnon, J., Experimental Study of Design
Conditions for Very Long Risers Under а Floating Support, Deep Offshore Technology,
Маrbella, Spain, 1989 (Экспериментальное изучение условий проектирования удлиненных
водоотделяющих колонн на плавающей подвеске, Технология работ на глубоководье);
[93]
О'Neil, M.W. and Murchison, J.M., an Evaluation of Р-Y Relationships in Sands,
а report to the American Petroleum institute, 1983 (Оценка связи Р-Y по стойкости);
[94]
Osiadacz, A.J., Simulation and Analysis of Gas Networks, Gulf Publishing Со.
Houston. ТХ, 1987 (Имитация и анализ газовых сетей);
[95]
Рalmеr, А.С. and Baldary, J.A.S., Lateral Buckling of Axially Constrained
Pipelines. JPT Forum, Journal of Petroleum Technology, 1974 (Боковое выпучивание осевых
напряженных труб);
[96]
Parmakian, N, J., Waterhammer Analysis, Dover Publications, New York, NY,
1963 (Расчет гидравлическего удара);
[97]
Price, W.G., Probabilistic Theory of Ship Dynamics, Chapman and Наll, London.
England, 1974 (Теория вероятности динамики судна);
[98]
Puccio, W.F. and Nuttal, R.V., Riser Recoil During Unscheduled Lower Marine
Riser Package Disconnects, IADC/SPE 39296, IADC/SPE Drilling Conference, Dallas, ТХ,
1998 (Смещение водоотделяющей колонны при разрыве нижнего соединительного узла
водоотделяющей колонны);
[99]
Reece, L.C., and Сох, W.R., Field Testing and Analysis of Laterally Loaded Piles
in Stiff Сlау, ОТС 2312, 1975 (Полевые испытания и расчеты показателей свай под
нагрузкой в глинах средней прочности);
[100] Sarpkaya, Т. and Isaacson, М., Mechanics of Wave Forces on Offshore
115
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Structures, Van Nostrand Reinhold, New York, NY, 1981 (Механика сил воздействия волн на
морских сооружениях);
[101] Saunders, Н.Е., (editor), Hydrodynamics of Ship Design, Vols. I, II, III, SNAME,
New York, NY, 1957 (Гидродинамика при проектировании судов);
[102] Sexton, R.M. and Agbezuge, L.K., Random Wave and Vessel Motion Effects on
Drilling Riser Dynamics, ОТС 2650, 1976 (Регулярные волны и влияние движения
основания на динамику водоотделяющей колонны для бурения);
[103] Shanks and Earl, F., Deep Waters, High Currents Call for Special Equipment,
World Oil. 1983 (Глубокие воды, Специальное оборудование при сильных течениях);
[104] Sname, Principles of Naval Architecture, New York. NY, 1990 (Принципы
теории кораблестроения);
[105] Sparks, С.Р., Mechanical Behavior of Marine Risers Моdе of Influence of
Principal Parameters, Transactions of ASME, Vol. 102, 1980 (Принципы механического
влияния на режим работы (эксплуатации) водоотделяющей колонны);
[106] Sparks, С. Р., The Influence of Tension, Pressure and Weight on Pipe and Riser
Deformations and Stresses, Transactions of ASME, Journal of Energy Resources Technology,
Vol. 106, 1984 (Давление и масса, деформирующие трубы и водоотделяющие колонны);
[107] Sparks, С.Р., Fundamentals of Marine Riser Mechanics: Basic Principles and
Simplified Analyses, PennWell Corporation, Tulsa, Oklahoma, 2007 (Механические принципы
бурения водоотделяющей колонны);
[108] Stahl, M.J. and Носk, C.J., Design of а Riser Recoil Control System and
Validation Through Full Scale Testing, SPE 62959; Society of Petroleum Engineers Annual
Technical Conference and Exposition, 2000 (Проектирование системы управления смещения
водоотделяющей колонны и валидация посредством испытаний);
[109] Stahl, M.J., Controlling Recoil in Drilling Riser Following Emergency
Disconnect. ЕТСЕ2000/DRILL- 10105; Proceedings of ЕТСЕ/ОМАЕ2000 Joint Conference,
New Orleans, LA, 2000 (Управление смещением при аварийном разрыве водоотделяющей
колонны для бурения);
[110] Stahl, M.J. and Abbassian, F.; Operating Guidelines for Emergency Disconnect of
Deep-water Drilling Risers, ОМАЕ2000/OSU OFT 00-4040, Proceedings of ЕТСЕ/ОМАЕ2000
Joint Conference, New Orleans, LA, 2000 (Руководство по эксплуатации при аварийном
разрыве водоотделяющей колонны для бурения);
[111] Sweeney, Т. F. and Fawley, N.C., Development of Composite Reinforced High
Pressure Choke/Kill Lines for Deep Water Drilling, Proceedings: ASME ЕТСЕ 23-27,
Composite Material, 1989 (Установка составных линий глушения, работающих под
высоким давлением, при бурении);
[112] Tamarelle, P.J.C. and Sparкs, С.Р., High-Performance Composite Tubes for
Offshore Applications, ОТС 5384, 1987 (Высококачественные композитные трубы при
применении на море);
[113] Тесhet, А.Н., Hover, F.S. and Triantafillou, M.S.. Vortical Patterns Behind а
Тареrеd Cylinder Oscillating Transversely to а Uniformly Flow, Journal of Fluid Mechanics,
1998 (Вихревое образование на фоне конического цилиндра, колеблющегося по течению);
[114] Triantafillou, G.S., Vortex Induced Vibrations of Flexible Structures, Summer
Meeting of ASME, Washington DC, 1998 (Вибрации/колебания, вызванные
вихреобразованием, в гибких структурах);
[115] Triantafillou, М, Triantafillou, G.S., Tein, D. and Ambrose, В., Pragmatic VIV
Analysis, ОТС 10931, Houston, ТХ, 1999 (Применение VIV при расчет);
[116] Triantafillou, M.S., Grosebaugh, М.А. аand Gopalkrishnan, R., Vortex-Induced
Vibrations in а Sheared Flow: А New Predictive Method, International Conference оп
116
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Hydroelasticity,
Trondheim,
Norway,
1994
(Вибрации/колебания,
вызванные
вихреобразованием, в сдвиговых течениях: Новый метод расчета);
[117] UK DEN, Offshore Installations: Guidance оn Design, Construction and
Certification, 1990 (Морские сооружения: Руководство по проектированию,
конструированию и сертификации);
[118] Vigeant, S.P., Deep-water Driven Advancements in Well Control Equipment and
Systems, IADC/SPE 39298; IADC/SPE Drilling Conference. Dallas, ТХ. 1998 (Глубоководное
нагнетание в системах управления устьвым оборудованием);
[119] Vandiver, J.K. and Peoples, W.W., The Effect of Staggered Buoyancy Modules оn
Flow-Induced Vibration of Marine Risers, ОТС 2003, Houston, ТХ, 2003 (Влияние смещения
оборудования плавучести на вибрации/колебания, вызванные вихреобразованием, на
водоотделяющей колонне для бурения);
[120] Vandiver, J.K. and Roveri. F.E., Using Shear 7 For Assessment of Fatigue Damage
Caused by Current Induced Vibrations, Proceeding of ОМАЕ 2001, 20th Conference, Rio dе
Janeiro, RJ, Brazil, 2001 (Применение 7 направляющих для оценки усталостных
повреждений, вызванных вынужденными вибрациями/колебаниями );
[121] Vandiver, J.K. Predicting Lock-in оn Drilling Risers in Sheared Flows. Proceedings
of Flow-Induced Vibration; Conference, Lucerne, Switzerland, 2000 (Анализ креплений
водоотделяющих колонн в сдвиговых течениях);
[122] Vandiver, J.K., Cornut Stерhаnе F.A., Offshore VIV Monitoring At Schiehallion —
Analysis of Riser VIV Response, Proceedings of ЕТСЕ/ОМАЕ 2000 Joint Conference, New
Orleans. LA, 2000 (Управления VIV в море – Расчет показателей VIV водоотделяющей
колонны);
[123] Vandiver, J.K., Vikestao, К. and Larsen, С.М., Norwegian Deep-water Program:
Damping of Vortex- Induced Vibrations, ОТС 2000, Houston, ТХ, 2000 (Уменьшение
вибраций/колебаний, вызванных вихреобразованием);
[124] Vandiver, J.K., Kaasen, К.Е., UE, Н. and Solaas, F., Norwegian Deep-water
Program: Analysis of Vortex-Induced Vibrations of Marine Risers Based оn Full-Scale
Measurements, ОТС 2000, Houston, ТХ, 2000 (Расчет вибрации/колебания, вызванных
вихреобразованием, водоотделяющей колонны на основе полномасштабных измерений);
[125] Vandiver, J.K., Research Challenges in The Vortex-Induced Vibration Prediction of
Marine Risers, ОТС 8698, Houston ТХ, 1998 (Исследование и расчет вибрации/колебании,
вызванных вихреобразованием, водоотделяющей колонны для бурения);
[126] Vandiver, J.K., Allen, D.; Li, L., The Occurrence of Lock-in Under Highly Sheared
Conditions, Journal of Fluids and Structures, Vol. 10, рр 555-561, 1996 (Выполнение
креплений при высоких смещениях);
[127] Vandiver, J.K., Dimensionless Parameters Important to the Prediction of VortexInduced of Long, Flexible, Cylinders in Ocean Currents, Journal of Fluids and Structures, 1993
(Необходимость
безразмерных
параметров
при
определенных
расчетах
вибраций/колебаний на морских течениях);
[128] Vandiver, J.K. and Gonzalez, Е., Fatigue Life of Catenary Risers Excited by Vortex
Shedding, Behaviour of Offshore Structures Conference. Delft. Netherlands. 1997 (Срок
службы водоотделяющей колонны, подверженной вихревым потокам. Влияние морских
конструкций);
[129] Vandiver, J.K., Drag Coefficients of Long Flexible Cylinders, OTC 4490, Houston,
TX, p. 405, 1983 (Коэффициент трения удлиненной цилиндрической области);
[130] Wang, E., Analysis of Two 13,200 Ft. Riser Systems Using a Three-Dimensional
Riser Program, OTC 4563, 1983 (Расчет показателей 2 водоотделяющих колонн (13,200
футов) при применении трехмерной программы);
117
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
[131] Warriner, R.A., Operating a Drilling Riser in Deep Water, Oil & Gas Journal, 1984
(Эксплуатация водоотделяющей колонны для бурения на глубоководье);
[132] Watkin, L., Syntactic Foam Buoyancy for Production Risers, OMAE, 1988
(Наполнители оборудования плавучести при изготовлении водоотделяющих колонн);
[133] Waiters, G. Z., Analysis and Control of Unsteady Flow in Pipelines, Butterworths,
Boston, MA, 1984 (Анализ и контроль неустановившегося потока в трубопроводах);
[134] Whitney, A.K. and Nikkel, K.G, Effects of Shear Flow on Vortex-Shedding-Induced
Vibration of Marine Risers, OTC 4595, 1983 (Влияние сдвигового течения на вибрации
водоотделяющей колонны, вызванных вихреобразованием);
[135] Wiegel, R.L., Oceanographical Engineering, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ,
1964 (Океанографическая технология)
[136] Wolgamott, J. and Steddum, R., Heavy Seas Influence Riser Designs, Offshore,
Tulsa, OK, 1981 (Влияние сильных волн при проектировании водоотделяющей колонны);
[137] Wylie, E.B. and Streeter, V.L., Fluid Transients, Prentice-Hall, Englewood Cliffs,
NJ, 1993 (Временный поток жидкости);
[138] Young, R.D., Flower, J.R., Fisher, E.A. and Lukе, R.R., Dynamic Analysis as an Aid
to the Design of Marine Risers, Journal of Pressure Vessel Technology, Vol. 100, ASME, 1978
(Анализ динамических характеристик при проектировании водоотделяющей колонны);
[139] Young, R.D., Hock, C.J., Karlsen, G. and Miller, J.E., Analysis and Design of AntiRecoil System for Emergency Disconnect of Deep-water Riser: Case Study, OTC 6891, 1992
(Анализ и проектирование систем, направленных против смещения, при аварийном
разрыве глубоководных водоотделяющих колонн);
[140] Young, R.D., Hock, C.J., Karlsen, G. and Albert, J.W., Comparison of Analysis and
Full-Scale Testing of Anti-Recoil System for Emergency Disconnect of Deep-water Riser, OTC
6892, 1992 (Сравнение расчетов показателей и полномасштабных испытаний для систем,
направленных против смещения при аварийном разрыве глубоководных водоотделяющих
колонн);
[141] Zienkiewicz, O.C., The Finite Element Method, McGraw-Hill Book Co., London,
England, 1977 (Метод конечных элементов);
[142] Zienkiewicz, O.C. and Taylor, R.L., The Finite Element Method: The Basics, Vol.1,
5th Ed, Butter-worth, Boston, MA, 2000 (Метод конечных элементов: Основные принципы)
[143] ASME Boiler and Pressure Vessel Code — Section VIII — Rules for Construction
of Pressure Vessels Division 3 — Alternative Rules for Construction of High Pressure Vessels
(BPVC) (Правила конструирования сосудов под высоким давлением – Альтернативные
правила конструирования сосудов под высоким давлением);
[144] API Spec 16F, Specification for Marine Drilling Riser Equipment (Технические
характеристики оборудования водоотделяющей колонны для бурения);
[145] API RP 64, Recommended Practices for Diverter Systems Equipment and
Operations (Рекомендованные правила эксплуатации отводных систем);
[146] ANSI/API Spec 16C, Choke and Kill System (Система штуцерной линии и линии
глушения);
[147] ANSI/API RP 14E, Recommended Practice for Design and Installation of Offshore
Products Platform Piping Systems (Рекомендации при проектировании и установке системы
трубопроводов в море);
[148] ISO/TR 10400, Petroleum and natural gas industries — Equations and calculations
for the properties of casing, tubing, drill pipe and line pipe used as casing or tubing (Нефтяная и
газовая промышленность. Расчеты и определение свойств направляющей обсадной
колонны, системы трубопроводов, буровой колонны и других трубопроводов,
используемых в виде направляющих колонн и труб);
118
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
[149] ISO/TR 13624-2:— Petroleum and natural gas industries — Drilling well control
systems — Part 2: Application of marine drilling riser systems analysis (Нефтяная и газовая
промышленность. Управление буровыми скважинами. Часть 2. Использование расчета
системы водоотделяющей колонны для бурения)
[150] ASME PTC 25-2001, Pressure Relief Devices (Устройства для сброса давления);
[151] ANSI/API 16J, Comparison of Marine Drilling Riser Analyses (Сравнения
анализов показателей водоотделяющей колонны);
[152] ANSI/API Bull 5C3, Bulletin on Formulas and Calculations for Casing, Tubing,
Drill Pipe, and Line Pipe Properties (Сводка формул и расчетов показателей направляющей
колонны, трубопроводов, и свойств труб);
[153] API RP 2SK, Design and Analysis of Stationkeeping Systems for Floating Structures
(Проектирование и анализ системы удержания плавучих сооружений);
[154] ANSI/API Spec 5L/ISO 3183, Specification for Line Pipe (Технические
требования к трубопроводам);
[155] API RP 2A (all parts), Recommended Practice for Planning, Designing and
Constructing Fixed Offshore Platforms (Рекомендации при планировании, проектировании и
построении стационарных морских оснований);
[156] API Technical Report 16TR1, Deepstar Committee, Document number 4-1-4041/TIM01 Rev. Ic, April 2002 (Комитет Deepstar, Номер документа 4-1-4-041/TIM01);
[157] ASME UG 125-136, Section VIII, D1 A PT UG, 2006;
[158] ASTM A370, Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of
Steel Products (Стандартный метод механических испытаний и определение показателей
металлоконструкций);
[159] ASTM E23, Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic
Materials (Стандартный метод испытаний металлического образца с надрезом (для
испытания ударной вязкости металла);
[160] API RP 2R, Recommended Practice for Marine Drilling Riser Couplings
(Рекомендуемые правила эксплуатации соединений водоотделяющей колонны для
бурения).
119
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
Приложение Д.А
(информационное)
Сведения о соответствии государственных (межгосударственных) стандартов
ссылочным международным стандартам (международным документам)
Таблица Д.А - Сведения о соответствии государственных
(межгосударственных) стандартов ссылочным международным стандартам
(международным документам)
Обозначение и наименование
Степень
Обозначение и
международного стандарта,
соответст
наименование
международного документа
вия
государственного
(межгосударственного)
стандарта
ISO 13625-2002 (Е), Petroleum and natural
IDT
СТ РК ИСО 13625-2009
gas industries — Drilling and production
«Промышленность нефтяная
equipment — Marine drilling riser couplings
и
газовая.
Буровое
и
(Промышленность нефтяная и газовая.
эксплуатационное
Буровое и эксплуатационное оборудование.
оборудование.
Муфты
Муфты соединительные водоотделяющих
соединительные
колонн для бурения морских скважин)
водотделяющих колонн для
бурения морских скважин»
120
СТ РК ISO 13624-1
(проект, редакция 1)
УДК 622.053.7-035(083)
МКС 75.180.10
Ключевые слова: водоотделяющая колонна, муфта, ниппель, линия глушения,
штуцерная линия, вспомогательная линия, буровые установки, основание, качка, нижний
соединительный узел водоотделяющей колонны
121