Развитие эффективных методов, технических средств и технологии глубокого морского бурения на нефть и газ шло длительным и сложным путем, который теснейшим образом связан с развитием смежных областей науки и техники, с достижениями техники нефтедобывающей промышленности в области механизации и автоматизации производственных процессов и т. д.

Процесс развития методов и технических средств поисков и разведки и в особенности эксплуатации морских месторождений нефти и газа идет настолько бурно и эффективно, что современные конструкции буровых установок в самое ближайшее время можно будет рассматривать как «исторические достижения».

Рис. 1. Этапы развития морских буровых установок

Этапы развития технических средств глубокого морского бурения на нефть и газ схематично показаны на рис. 1.

В настоящее время, основными типами морских буровых сооружений и установок для глубокого бурения на нефть и газ являются:
а) искусственные острова;
б) стационарные буровые установки;
в) самоподнимающиеся буровые установки;
г) погружные и полупогружные буровые установки;
д) буровые суда;
е) подводные буровые установки.

Искусственный остров

Метод глубокого бурения на нефть и газ с помощью искусственных островов, сооружаемых в мелководной зоне морских акваторий, представляет собой способ использования стационарных установок. Разведочно-эксплуатационный комплекс на Каспийском море — «Нефтяные камни» — берег свое начало с «искусственного острова», созданного путем сооружения каменной наброски, с которого была пройдена первая буровая в открытом море.

Зимой 1972—1973 гг. на одном из островов Канадского Арктического Архипелага (в 1200 км южнее Северного полюса) была пробурена первая скважина кампанией «Санако энд Пи».

Для бурения первой арктической скважины Канадская фирма «Импириал ойл» в 1971 г. решила построить искусственный остров севернее р. Маккензи в море Бофорта, где глубина акватории не превышает 18 м при расстоянии от берега 40 км. Рабочая площадь искусственного острова 0,6—0,8 га, превышение его над уровнем моря составляет 4,6 м. Остров возведен из гравийного материала, добываемого из впадины, находящейся в 15 км от места сооружения.

Сооружение искусственных островов для бурения глубоких скважин в арктических условиях на значительном расстоянии от коренного берега, требует создания надежных средств транспортного обеспечения этих работ. Для этого в течение ряда лет испытывался уникальный транспортер на воздушной подушке «ACT-100», который бесперебойно обеспечивал в тяжелых арктических условиях Канадского побережья перевозку оборудования, людей, вспомогательных материалов и пр. Успешные испытания и практическое использование этого транспортера фирмой «Арктик системз» позволили перейти к разработке единой платформы для обеспечения бурения на суше (острове) и на море.

Стационарные буровые установки

Этот тип буровых установок имел свое развитие в начальной фазе становления морского бурения на нефть и газ. К этим установкам относятся деревянные, металлические и железобетонные конструкции, жестко связанные с грунтом, затапливаемые баржи и основания с приподнятой на опорах рабочей площадкой и, наконец, основной вид в настоящее вре-мя — крупноблочные металлоконструкции из трубчатых и профилированных элементов, устанавливаемых кранами на дно с помощью судов, и крепящихся к нему различного рода устройствами. Последний вид стационарной установки получил наибольшее развитие среди этого типа оснований. Практикой установлено, что все стационарные буровые установки целесообразны для выполнения как разведочного, так и в особенности эксплуатационного бурения. Конструкции морских стационарных установок определяются следующими основными факторами: назначением установки, глубиной моря, инженерно-геологическими характеристиками дна, массой оборудования рабочей платформы, воздействиями волн, течений и ветров, расчетным сроком использования установки. Общая стоимость таких установок зависит от глубины акватории, массы конструкций и оборудования, от метода производства работ.

Расчет конструкций основания морских стационарных установок очень усложняется с увеличением глубин акватории, так как при этом увеличивается период собственных колебаний конструкций установки. Границы возможного применения стационарных буровых установок с заанкерованным (закрепленным) основанием еще не определены, зарубежными КБ разрабатываются проекты использования их до глубин акватории 200 м и более.

Большинство стационарных буровых установок представляет собой решетчатые металлические конструкции. Каждое основание состоит из двух—четырех жестко связанных опорных блоков, предварительно изготовляемых на берегу. С увеличением глубин моря (до 35 м и более) и глубин бурения появились новые типы пирамидальной конструкции.

В поисках экономичных и технологически удобных решений были созданы установки с 2- и Зх ярусными надводными платформами для размещения всего бурового и вспомогательного оборудования.

В эксплуатационном бурении широко используют установки для бурения 24—36 скважин с расстоянием между ними 2— А5 м, бурение производится двумя станками. В 1960—1964 гг. были созданы так называемые «кустовые» установки (типа «Хильда» и «Эмми») для бурения 24—42 скважин при глубине Моря до 60—100 м, которые представляют собой четырехопор-ныи блок, жестко устанавливаемый на дно.

Для разведочного и эксплуатационного бурения на нефть и газ в настоящее время разрабатываются проекты буровых установок, устойчивость которых обеспечивается их собственным весом. Эти установки могут быть изготовлены из стали или бетона, а также из комбинации этих материалов. Этот тип установки исключает забивку свай, а рабочая платформа может быть смонтирована перед ее буксировкой на место работ в защищенной акватории.

Перспективны также разрабатываемые стационарные установки с шарнирной опорой, состоящей из вертикальной пустотелой колонны (имеющей положительную плавучесть) и плиты в виде железобетонного якоря. Горизонтальные нагрузки от воздействия волны и течения вызывают у этих установок лишь ограниченные колебания вокруг шарнира (типа кардана), соединяющего колонны и плиту, что является их важным преимуществом.

Самоподнимающиеся буровые установки

Впервые идея подъема плавучего корпуса по опорным колоннам с помощью подъемных механизмов была предложена Де Лонгом в 1944 г., а в 1954 г. в США была создана самоподнимающаяся установка «Де Лонг Макдермотт». Самоподнимающиеся буровые основания— платформы являются одними из рациональных конструкций установок, используемых при разведочном бурении при глубинах акватории до 80 м и более, в условиях залегания на дне грунтов с достаточно высокой несущей способностью.

Они состоят из трех основных узлов:
1) плавучего корпуса (платформы), на котором располагается буровое и иное оборудование;
2) различного рода подъемников корпуса (гидравлических, электрических и др.);
3) опорных колонн корпуса (стоек).

Все используемые самоподнимающиеся буровые установки (платформы) подразделяют на следующие основные виды по конфигурации корпуса: а) прямоугольные, б) треугольные, в) цилиндрические, г) многоугольные.

По системе подъемных механизмов различают установки:
— гидравлические;
— реечно-шестеренчатые.

По опорным колоннам создано наибольшее число разновидностей. По числу опорных колонн построены самоподнимающиеся установки с 3, 4, 8, 12, 14-ю колоннами.

Опорные колонны могут быть цилиндрическими (трубчатыми), решетчатыми (в сечении треугольными и четырехугольными) и сплошными (в сечении прямоугольный короб).

За последние десять лет морские самоподнимающиеся буро-dbie установки получили наибольшее распространение в США. По проектам американской фирмы «Ле Турне» было начато строительство таких установок в Голландии, Японии, ФРГ, Италии. В СССР подобного рода установки «Хазар», «Апшерон», и «Азербайджан» используют на Каспийском море (на глубинах моря до 60 м).

Рис. 2. Самоподнимающаяся буровая установка «Си шелл»

На рис. 2 показан общий вид прямоугольной самоподнимающейся буровой установки «Си шелл» грузоподъемностью •5430 т, с восемью четырехугольными опорами, используемой в значительном удалении от берега в Персидском заливе.

Морские самоподнимающиеся буровые платформы, разрабатываемые фирмой «Ле Турне», представляют собой в основном конструкции с корпусом треугольной формы, с тремя опорными колоннами трехгранного сечения и с реечно-шестеренча-тои системой подъемных механизмов, а самоподнимающиеся Установки типа «Мр. Гасс» грузоподъемностью 13000 т — с корпусом прямоугольной формы, с четырьмя цилиндрической опорами, применяющиеся с 1957 г. в Мексиканском заливе.

Устойчивость подобных установок в основном зависит от:
— несущей способности грунтов морского дна;
— конструкции колонн и опор, их расположения и устройства подъемных механизмов;
— гидродинамических процессов, происходящих в море на месте использования установки.

Самоподнимающиеся буровые платформы сейчас проектируют для использования в конкретных районах работ и в конкретных гидрологических условиях. Оправдала себя открытая конструкция платформ, которая уменьшает сопротивление волновым воздействиям и обеспечивает стабильность операций почти при любой погоде. Трудности и опасности, возникающие при перемещении этих платформ в море, послужили причиной для разработки конструкций по типу «винтового домкрата», в которых опоры (стойки) во время передвижения могут убираться в специальные гнезда.

В последние годы в США и Нидерландах проектируются и строятся уникальные самоподнимающиеся платформы. Так, одна из фирм в Нидерландах разработала конструкцию шагающей морской платформы, с помощью которой можно выполнять буровые, дноуглубительные и иные строительные работы на акватории глубиной до 25 м. Система передвижения состоит из шести опор, эксцентрично расположенных в шести поворотных кругах. В нормальных условиях платформа стоит на трех опорах, которые при передвижении поднимаются. В США разработаны проекты погружных установок для бурения на глубинах до 250 м при возможном воздействии урагана. В проливе Санта Барбара с помощью самоподнимающихся буровых платформ были пробурены скважины глубиной около 500 м.

Погружные и полупогружные буровые установки

Практически широкое развитие эти морские буровые установки получили в середине 50-х годов в США, когда в мелководных и заболоченных местах применяли плавучие основания — баржи, которые полностью или частично затапливались. Путем приема балласта в отсеки корпуса баржа садилась на дно, при этом рабочая площадка возвышалась над уровнем воды не менее чем на 1,5 м.

В связи с выходом бурения на большие чем 10 м глубины акватории конструкция затапливаемых барж изменилась. Баржа превратилась в подводное основание, на котором устанавливались стойки (опоры) для монтажа буровой рабочей площадки. В случае применения подобных оснований важнейшее значение приобретает остойчивость их при погружении на морское дно и при всплытии после окончания бурения. Современные погружные буровые установки используют при глубинах акватории до 90 —100 м.

Больших успехов в разработке подобных установок достигла фирма «Керрмак-Ги», имеющая несколько таких установок. От погружного типа установок специалисты этой фирмы перешли к полупогружным системам, позволяющим бурить на глубинах более 100 м.

На основании результатов экспериментальных исследований, выполненных этой фирмой и при содействии фирм «Шелл ой л», «Блю уотер дриллинг», «Оушен дриллинг», «Экспло-рэйшн» и других, был осуществлен переход к полупогружным буровым установкам. Основная цель, преследуемая при проектировании и изготовлении подобных установок, заключается в создании наиболее устойчивой конструкции для неблагоприятных гидрологических условий бурения на море, т. е. обеспечения условий, при которых погружная часть основания получала бы наименьшее влияние волновых воздействий на всю установку в целом. Было установлено, что погруженная под уровень воды на 10—15 м поплавковая часть корпуса, как правило, достигает уже сравнительно спокойной глубины акватории.

В связи с особенностями конструкции рассматриваемых установок важное значение при проектировании и эксплуатации их имеет точный учет ряда параметров, характеризующих действие ветра и волн. К этим параметрам относятся: мгновенные скорость и направление ветра, максимальная скорость порыва ветра и его средняя скорость, преобладающая высота, максимальный и минимальный пики высоты волн и т. д.

Применение полупогружных установок для бурения глубоких разведочных скважин так же, как и использование для этих целей буровых судов, требует специального подводного оборудования, обычно состоящего из следующих основных узлов: опорной плиты, четырехугольной рамы с отверстием диаметром 762 мм, направляющей трубы, колонны труб, превен-торной части, шарового шарнира, нагнетательного и вспомогательного трубопроводов, сливной трубы. Решающими факторами для выбора оборудования устья скважины являются глубина воды, геологическое строение дна и пластовое давление. К наиболее важным и сложным узлам подводного оборудования относится электронное устройство, обеспечивающее стабилизацию буровой платформы или судна, а также соединение или замену оборудования устья скважины на морском дне.

Фирмой «Фриеде унд Гольдманн» (ФРГ) разработана современная полупогружная установка «Скарабео-IV» высотой 115 м, шириной 110 м, обслуживающий персонал 72 чел. Эту установку используют на глубинах акватории до 300 м, глубина бурения до 9 тыс. м, установка рассчитана на воздействие волны до 30 м.

Полупогружные установки типа «Хильда», «Оушен дрил-лер», «Блю уотер 1» и многие другие, применяющиеся в Мексиканском заливе, показали положительные и отрицательные стороны подобного типа буровых установок и послужили основой для создания гигантских морских буровых установок типа «Оушэн принс», «Си Куест», а также для проектирования уникальной установки бурения скважин по проекту «Мохол».

Рис. 3. Полупогружная буровая установка «Седко-701»

На рис. 3 показана установка «Седко-701», используемая Англией в Северном море, а на рис. 10—модель полупогружной установки для бурения скважин (на 11 этапе) по программе «Мохол», разработанная американской фирмой «Броун энд Рут» в 1963 г.

Не останавливаясь на подробном описании указанных выше установок, укажем лишь, что полупогружные установки, имея ряд преимуществ перед другими (надежная остойчивость при волнении, независимость от несущей способности дна и т. д.), все же требуют дальнейшего совершенствования в части оборудования их надежной якорной системой, уменьшения сопротивления волновым воздействиям как при бурении, так и в особенности при буксировании. Как показывает опыт практического использования полупогружных установок, наибольшее число их аварий происходит либо при установке или снятии с места работы, либо в процессе буксировки установок к месту работ.

Рис. 4. Модель полупогружной буровой установки «Мохол»

В настоящее время основное внимание ученых и инженеров направлено на то, чтобы создать такие конструкции полупогружных установок, которые бы давали возможность выполнять бурение на нефть и газ в глубоководных зонах акваторий, а работы на обычных глубинах (100—200 м) производить в тяжелых гидрометеоусловиях. Например, полупогружная установка «Седко-702» может осуществлять бурение на глубинах, значительно превышающих 200 м, в условиях, близких к арктическим, при скорости ветра 185 км/ч, высоте волны 30 м и скорости течения до 4 км/ч.

В 1959 г. во Франции была завершена постройка установки «Нептун Пентагон 81» для бурения на глубинах до 200 м на плаву и до 30 м при погружении на дно. Установка рассчитана на волнение высотой до 10 м и скорости ветра при сильных штормах.

В некоторых из новых предлагаемых конструкций предусматривается оригинальная система причаливания, состоящая из двигателей или гребных винтов, установленных на понтонах (плавучестях), которая сможет удерживать установку в жестком положении в сложных гидрометеоусловиях.

В связи с необходимостью перехода на большие глубины акваторий встал вопрос о создании нового типа морских буровых установок — буровых судов, которые бы отличались высокой мобильностью и возможностью бурения на различных глубинах акваторий.

Буровые суда

Впервые бурение скважин с плавучего основания— судна было осуществлено в 1956 г. группой КАСС (первые буквы нефтяных компаний — «Континентал», «Юнион», «Шелл» и «Саперпор»), образовавшей объединенную компанию «Глобал мэрии», проводящую до сих пор поиски и разведку нефти в море.

Первое несамоходное буровое судно «КАСС» было создано на базе морской баржи, где было смонтировано обычное буровое оборудование, применяемое на суше. Баржи — первый тин морского несамоходного бурового судна.

К 1964 г. было построено несколько типов судов «КАСС.-4, которые являлись самоходными, дизельэлектрическими судами и работали в прибрежье Калифорнии, Ливии, Мексиканском заливе и в прибрежье Аляски. Другими фирмами были построены различного типа буровые суда «Нола», «Сайд уиндер», «Вестерн оффшоре», «Дискаверер», «Калдрилл», «Катамаран», «Гломар» и др.

В процессе разработки и практического применения судов указанных выше типов при выполнении морских буровых работ было установлено, что их эффективность и бесперебойная эксплуатация требуют решения многих весьма сложных научно-технических проблем. К числу основных из этих проблем относятся:
— разработка надежной системы удержания судна над устьем скважины, расположенной на морском дне, с учетом неблагоприятных гидрометеоусловий;
— обеспечение возможности повторного спуска в устье скважины бурильной колонны после каждого подъема для смены породоразрушающего инструмента или для проведения других операций в процессе бурения;
— введение автоматизации и механизации в процесс морского бурения со специальных судов.

Часть этих вопросов решается за счет улучшения мореходных качеств судов, а также за счет внедрения достижений подводной автоматики, телемеханики и применения ЭВМ.

Одним из распространенных типов морских буровых судов является буровое судно с центральным расположением буровой вышки, например судно «Уимпи» и судно голландской компании, имеющие систему динамической стабилизации. Центральное расположение буровой вышки целесообразно с точки зрения остойчивости, однако это весьма неудобно с точки зрения возможности ухода от устья скважины в шторм или в условиях сильного нефте- и газопроявления.

Для устранения этого недостатка и увеличения остойчивости судна разработаны буровые суда катамаранного типа, представляющие собой спаренные корпуса, в кормовой части которых обычно устанавливают буровые вышки. Пример подобного типа буровых судов — судно «Торнтон».

Одним из серьезнейших вопросов эффективной эксплуатации морских буровых судов, является, как указывалось выше, вопрос их крепления и удержания на точке бурения над устьем скважины, который решается двумя путями:
— применением системы надежного якорного крепления;
— использованием системы динамической стабилизации.

Последняя система, впервые детально разработанная для проекта осуществления бурения по программе «Мохол», требует использования высокоточной телеметрической и электронной аппаратуры.

Крупным достижением научно-технической мысли в области создания морских буровых судов, является строительство буро-вого судна «Гломар Челленджер» — флагмана морских буровых судов, в задачу которого входит бурение скважин на больших глубинах акватории с отбором представительных образцов горных пород. Применение этого судна с его совершенной УРовой техникой позволит морским геологам решать фунда-ентальные геологические вопросы по истории развития дна реи и океанов, палеонтологии, подводного вулканизма и др. ервые успешные испытания судна прошли летом 1968 г. в

Рис. 5. Буровое судно «Уимпи»

Рис. 6. Буровое судно голландской компании

Мексиканском заливе, затем проводились исследования в Атлантическом океане.

Успешное применение бурового судна «Гломар Челленд-жер» дало интересный, подчас уникальный материал не только для геологов, но и для инженеров-конструкторов. Использование автоматизированных систем установки курса, нейтрализующих морское волнение и повышающих остойчивость судна, а также системы повторного прохождения скважины на значительных глубинах акватории позволило с успехом применять эти системы и при создании новых буровых судов. Так, во франции строится буровое судно «Тотальмар» с системой динамической стабилизации, водоизмещением 15 тыс. т, которое будет оборудовано системами автоматической съемки труб, автоматического бункера для смешивания и обработки добытых пород, а также стабилизации движения судна. Глубина бурения одновременно двух скважин 3 тыс. м, одна скважина может буриться на глубину до 4,7 тыс. м без замены оборудования.

Значительным прогрессом в развитии технологии морского поисково-разведочного бурения на нефть и газ является разработка и строительство в Англии фирмой «Оффшоре К°» нового типа морского бурового судна-платформы «Оффшоре меркури», сочетающего высокую подвижность самоходного бурового судна с превосходной стабильностью и остойчивостью буровой самоподнимающейся платформы. Это буровое судно снабжено совершенным навигационным оборудованием, сможет бурить на глубинах до 100 м, а также в прибрежных водах шельфа. На судне размещается 72 буровых рабочих, мощность бурового двигателя 9000 л. е., грузоподъемность 3500 м, скорость 7 узлов, запас топлива на 11 тыс. км.

Рис. 7. Буровое судно – платформа «Оффшоре меркури»

К подобным универсальным морским буровым установкам может быть отнесена и буровая установка, построенная в 1970 г. в Японии — «Трансуорд риг 61», сочетающая в себе конструктивные особенности бурового судна, полупогружной и самоподнимающейся буровых установок. Четыре гидравлические колонны могут опираться на дно, на плаву установка работает при глубинах акватории 180 м.

Серьезные проблемы стоят в связи с выполнением буровых работ в Арктических районах. До сих пор не выбран наиболее эффективный и экономически выгодный вариант конструкции буровой установки для проходки глубоких скважин в суровых районах Арктики при наличии ледовых условий. Существуют различные проекты подводных и полупогружных установок, буровых судов и т. п. Сегодня признается, что, по-видимому, предпочтение следует отдать буровым судам ледокольного типа, таким, как судно-ледокол «Пеликан», разработанное во Франции и построенное в Голландии. Судно способно работать в неблагоприятных ледовых условиях, скорость его 14 узлов; устойчивое положение при работе обеспечивается системой динамической стабилизации, которая управляется ЭВМ. Килевая и бортовая качка судна уменьшаются устройством четырех емкостей, заполненных водой. Все основные буровые операции автоматизированы.

В США разработано принципиально новое погружное ледокольное устройство «Саб айс», устанавливаемое впереди используемых для бурения в Арктике судов или барж, принцип работы которого существенно отличается от обычных ледоколов. Мощность судна составляет не менее 2 тыс. л. с. Разрушение ледяного покрова мощностью от 0,6 до 1,5 м обеспечивается за счет импульсной подачи под лед под высоким давлением газовой смеси, разрушающей лед снизу. Ледовый покров разрушается непрерывно по мере продвижения бурового судна, газовая смесь (сжатый воздух и пропан) зажигается при помощи электрической искры.

Если в разработке подвижных буровых установок для производства поисково-разведочных работ и глубокого бурения на нефть и газ в открытом море имеются заметные успехи, то в разработке средних и малых буровых установок для выполнения картировочного бурения, для поисков и разведки россыпных полезных ископаемых в мелководной зоне шельфа наметилось определенное отставание. По существу еще не разработано для этих целей специального бурового судна, бурение зоне шельфа, и особенно в его прибрежной части, произво-В тся стандартными буровыми станками, приспосабливаемыми к имеющимся в наличии плавучим средствам (суда, катера, буксиры, баржи, понтоны и т. п.).

Опыт использования таких морских буровых установок показывает, что маломерные плавучие буровые основания должны удовлетворять следующим основным условиям:
— осадка их должна быть не более 2,5 м;
— буровое оборудование целесообразно монтировать в кормовой части плавучего средства;
— рабочая буровая площадка должна быть консольного типа, буровую вышку следует делать сборно-разборной;
— на судне должны быть все экспрессные лаборатории для первичной обработки и исследования горных пород и грунтов.

Большой опыт использования подобного рода судна для разведочно-картировочного и инженерно-геологического бурения накоплен институтом «Гипроморнефть» (Баку), который практически создал новый тип легкого морского бурового судна для картировочных целей. Буровое оборудование на этом судне расположено в кормовой части, вышка съемная, рабочая площадка консольная, на судне имеется исследовательская лаборатория. В принципе конструктивно также решен вопрос с размещением буровой установки на американском малом буровом судне «Оффшоре дриллер II», которое используется в исследовательских работах при поисках россыпных месторождений в прибрежной части шельфа.

В Англии фирма «Аллювиал майнинг» в 1958 г. переоборудовала каботажное судно водоизмещением 600 т в буровое судно «Ирене» для выполнения поисково-разведочных работ в пределах шельфа. Судно оборудовано станком колонкового бурения на глубину до 100 м, сейсмоакустической аппаратурой, гидростатическим пробоотборником и другой аппаратурой.

Экономический анализ работы морских буровых установок, выполняемый фирмами, занимающимися поисками, разведкой и эксплуатацией подводных месторождений нефти, газа, золота, олова и т. д., показывает, что в современных условиях экономически выгоднее и целесообразнее буровые работы проводить не с поверхности акватории, а непосредственно на дне с помощью подводных буровых установок.

В США считают нецелесообразным изучать и разрабатывать подводные месторождения с помощью судов, барж, платформ. Так, инж. Гудар отмечает, что надо создавать оборудование, которое остается на дне океана и отсюда же управляется, автоматические устройства для отбора проб, контрольно аппаратуру, систему связи и т. д. ний результате проведенных исследований, расчетов и испытаний была выявлена необходимость перемещения оборудования для целей бурения на нефть и газ с поверхности акватории на дно моря.

Основной задачей в создании прогрессивной технологии морского бурения на современном этапе является обеспечение высокой автоматизации и механизации самого процесса бурения.

Подводные буровые установки

В настоящее время действующих подводных буровых агрегатов насчитываются единицы, в основном же пока имеются различные проекты и конструктивные проработки моделей их главных типов.

Все существующие и проектируемые подводные буровые установки могут быть разделены на два основных вида:
— буровые агрегаты, устанавливаемые и монтируемые непосредственно на морском дне, которые обслуживаются с помощью акванавтов (водолазов) или дистанционно по кабелю;
— буровые установки, монтируемые в каких-либо защитных аппаратах или устройствах, в которых располагается также обслуживающий персонал.

Кроме того, существуют устройства, которые периодически опускаются на дно и поднимаются на обеспечивающее их плавучее средство. К таким подводным буровым установкам относится шлангокабельный буровой агрегат Нефтяного института (Франция). Принцип действия этого агрегата — электрический, управление электробуром производится дистанционно по кабелю с судна, располагающегося на поверхности воды. Эта подводная электробуровая установка разработана в двух вариантах: первый вариант был предложен для бурения в море на глубинах до 30 м с помощью специального судна «Теребел».

Позднее Нефтяной институт разработал установку ЕССМ-2 (рис. 14), способную бурить на глубине до 500 м. Установка транспортируется на автомашине, в воду погружается краном, управление ею дистанционное с пульта, установленного на обеспечивающем судне. Диаметр колонковой трубы 89 мм, длина керна 1 м, глубина проходки 30 м, мощность электродвигателя 100 кВт. Имея известные преимущества перед надводными буровыми установками (сокращение времени бурения и упрощение его технологии, высокая автоматизация, возможность выполнения каротажа и т. д.), шланго-кабельная электробуровая установка все же связана с обеспечивающим судном посредством кабеля, что исключает ее полную автономность. Этот недостаток устранен в подводной буровой установке СМ-200, созданной французской фирмой СПАФ, названной «Гидрокон». Последняя устанавливается на дно при глубине акватории до 150—500 м, обслуживается аквалангистами и специальными аппаратами, может выполнять широкий комплекс работ, необходимых для постановки бурения на нефть и газ: картировочное бурение с отбором ненарушенных образцов пород (диаметр керна 64—200 мм), разведочное бурение (диаметр 250 мм), статические испытания механических свойств донных грунтов (опытная нагрузка до 10 тс), испытание стандартной пенетрацией (с использованием падающего молота). Управление агрегатом и подача электроэнергии производятся с судна, на котором устанавливаются дизель, насос и электродвигатель.

Рис. 8. Подводная шланго-кабельная электробуровая установка ЕССМ-2

Лаборатория фирмы «Уимпи» (Англия) совместно с фирмой «Атлас копко» (Швеция) разработала подводную буровую установку для проходки колонковых скважин при глубинах акватории до 200 м. Основными узлами буровой установки являются: основание, привод, приемное приспособление, коробка передач (с регулируемой задвижкой) и керноприемник. Основание имеет три гидравлически управляемых установки; в узел привода входят все гидравлические насосы, задвижки и электромоторы; приемное приспособление вмещает до 20 колонковых труб по 3 м каждая и ведущую трубу (дополнительно может быть расположено еще 20 труб, чем обеспечивается глубина бурения до 120 м). Это буровое устройство управляется дистанционно по кабелю с пункта, расположенного на обеспечивающем судне.

Очевидно, подобные установки не могут удовлетворять требованиям максимальной автономности подводного бурения. Большие достижения, связанные с погружением человека на дно и выполнением там рабочих операций и в связи с этим с разработкой системы дыхания, функционирующей под давлением 10 кгс/см2, дают возможность создавать подводные буровые установки, смонтированные в специальных аппаратах или помещениях в условиях их погружения на глубину до нескольких сотен метров. Подобные установки готовятся к эксплуатации в ближайшем будущем, в настоящее время уже разработан ряд оригинальных проектов.

Рис. 9. Подводная буровая установка «Гндро-кон»

Фирмой «АВКО корпорейшен» разработан проект подводной буровой установки, согласно которому установка может бурить при глубинах моря до 183 м. Она представляет собой платформенную систему с модернизированным основанием, с независимым глубоководным подъемником, заключенным в корпус-колпак. Внутри установка будет иметь давление смеси гелий—кислород, зависящее от глубины погружения. Буровые операции и оборудование в основном обычные, хотя преимущество остается за автоматикой. Буровая установка дает возможность бурить несколько скважин из одного положения.

В настоящее время принципиальная возможность подводного бурения и заканчивания скважин в глубоководных зонах морей и океанов реальны, но создание глубоководного оборудования — задача очень трудная. Прогресс в техническом оснащении глубоководного геологоразведочного дела будет зависеть от разработки новых систем, обеспечивания технологии бурения вспомогательными средствами и т. д. В связи с этим крупнейшими фирмами разрабатываются автономные подводные буровые агрегаты, их комплексы и станции, обслуживаемые специальной аппаратурой и оборудованием, которые считаются наиболее перспективными системами. Так, фирма «Дженерал дайнамикс» разработала проект автоматического подводного бурового комплекса (рис. 16), техническое обеспечение которого производится как аквалангистами, так и автономными аппаратами (типа Бивер-IV). Эта же фирма разработала проект глубоководной буровой установки (станции) «До-мейнс», предназначенной для изучения морского дна на глубинах до 2 тыс. м (рис. 17). Автономность установки 30 сут, дно исследуется с помощью бурового агрегата, а также посредством манипуляторов; рабочая группа состоит из 5 человек, для которых предусмотрены жилые, лабораторные и рабочие помещения. Проектом предусматривается 3 возможных варианта станции, разница между которыми состоит в количестве обитаемых цилиндров. На рис. 17 приведен один из вариантов установки с двумя обитаемыми цилиндрами.

В 1972 г. фирма «Шелл» (США) ввела в строй подводную эксплуатационную буровую установку в 100 милях от Нового Орлеана на глубине 110 м. Основная особенность этой установки — первый опыт эксплуатации подводной системы добычи нефти, работающей в камере с нормальным атмосферным давлением. Завершение этих работ является решением первого этапа комплексной программы, разработанной фирмами «Шелл» и «Локхид петролеум сервис», за которым последует второй этап: установка центральной камеры, в которой будут осуществляться сбор, учет, смешение и анализ нефти и газа, добываемых из нескольких подводных скважин. Третий этап этой программы — установка нефтедобывающей станции, обеспечивающей разделение и транспортировку нефти и газа. Конечная цель программы—разработка подводной эксплуатационной системы для работы на глубинах акватории до 900 м. Эта система позволит исключить обеспечение работ водолазами-профессионалами, которые должны быть обучены ведению нефтепромысловых работ.

Примером перспективности создания автоматизированных подводных комплексов по эксплуатации морских нефтяных месторождений может служить уникальный комплекс «Фатех» в Персидском заливе, который включает четыре автоматических Устьевых основания, каждое из которых будет обслуживать честь скважин.

В последние годы специалисты приходят к выводу, что подводные буровые установки, располагающиеся на дне, должны обладать большой маневренностью, способностью быстро сниматься с места и переходить с точки на точку бурения. В порядке первого приближения решения этого вопроса инж. О. Нейл предложил проект автономного глубоководного бурового аппарата в виде подводной лодки, в которой смонтированы четыре буровых агрегата, в задачу которых должно входить бурение скважин на нефть в глубоководных зонах морей и океанов.

Рис. 10. Подводный буровой комплекс

Рис. 11. Глубоководная буровая установка «Домейнс»

В связи с бурным развитием морской буровой техники,обеспечивающей проходку скважин даже на больших глубинах, в настоящее время важнейшим вопросом морского бурения на нефть и газ является экономическая эффективность. Поэтому в каждом конкретном случае следует выбирать наиболее подходящий метод и способ морского бурения. Как показывает опыт морского бурения и специальные исследования, одной из главных задач является повышение коэффициента использования бурового оборудования, понижение времени на вспомогательные операции и т. д. В ряде районов может быть применен метод комплексного бурения, чем будет исключена необходимость использования различных буровых установок.