Бурение в Тихом океане. Проект инженерного подразделения ВВС США: «Установка системы обнаружения ядерных взрывов»

Бурение в Тихом океане

 Маленькие установки горизонтально направленного бурения были специально разработаны для прокладки футляров, кабелей и водоводов.

Как только установки ГНБ получили широкое распространение в отрасли, они сразу же привлекли внимание инженеров и проектировщиков из самых разных областей. Сегодня данное буровое оборудование можно встретить при строительстве самых разных и неординарных проектов.

Много проектов связано с водой, строительством переходов под реками, озёрами и болотистой местности. В таких проектах наибольшую сложность представляют береговые укрепления, защищающие от мощных сил природы.

На острове Уэйк находится станция слежения за ядерными взрывами, являющаяся частью всемирной системы слежения за произведением несанкционированных ядерных испытаний иностранными государствами в нарушении договора о запрете ядерных испытаний. Для установки датчиков гидроакустической системы сбора данных (ГССД) был применён метод ГНБ.

За соблюдением договора о запрете ядерных испытаний в США отвечает Национальный Центр Слежения и база ВВС «Патрик» штат Флорида, для слежения используются различные способы: контроль воздушного пространства, контроль состояния земли и океанов.

Основные моменты

Важнейшим элементом системы (ГССД) являются подводные датчики связанные кабелем с центром на берегу. Для строительства проекта «Остров Уэйк» была использована буровая установка с тяговым усилием 40000 фунтов (18140 кг.), выполнившая три пилотных скважины под морским дном и прибрежной зоной. Выходные точки расположены в океане, при помощи водолазов был сменен инструмент и присоединена труба ПЭНД 3 дюйма (76,2мм) для затяжки. Три трубы были сведены в единый канал на выходе установкой ГНБ на пляже острова.

В каналы будут проложены датчики с кабелями и подключены к центру обработки информации на берегу. Собранная информация будет передаваться Национальным Центром Слежения через спутник Международной Системы Слежения за ядерными испытаниями, базирующейся в Венне, Австрия.

Техническую поддержку проекту «Остров Уэйк» оказывали: Naval Facilities Engineering Service Center (NFESC), Порт Хаенем, Sound & Sea Technology, Ventura. Производство буровых работ проводила опытная компания Island Mechanical Corp., Kapolei, HI выполнявшая ранее подобные проекты.

Старший инженер проекта «Остров Уэйк» Стен Блэк представил подробную информацию по проекту.

Блэк пояснил, что при размещении кабеля на дне, открытым способом, периодически требуется проводить долгий осмотр и ремонт. Кабель повреждается: коррозией, рыболовными снастями и движением грунта в прибойной зоне, что делает его недолговечным.

В своём окончательном докладе о проекте Блэк написал: “Данный метод значительно сократит затраты на обслуживание и ремонт, необходимые при повреждениях кабеля, кабель укладывается в футляр, выведенный за зону прибоя, что уменьшает повреждение и износ. Первоначальные затраты методом горизонтально направленного бурения, как правило значительно выше, чем открытым способом, но затраты на обслуживание и ремонт кабеля лежащего на дне океана будут выше. Кроме того, данный метод приводит к сокращению затрат на обустройство прибрежной полосы по сравнению с открытым способом”.

Ещё Блэк сказал, что планируется компаниями NFESC и Sound & Sea Tech- nology (SST) прокладка нескольких кабелей в прибрежной зоне, используя установки ГНБ для обхода трубо-проводов на острове Вознесения в южной части Тихого океана и ВОЛС на берегу острова Сан Николас.

Подготовка и логистика

Прокладка указательных канатов

Подготовка проекта включала согласование с экологическими, наземными и морскими службами, а также разработка обхода канала.

Согласовав с заказчиком места установки датчиков и выхода на дно, стало понятно какова глубина выхода: приблизительно 55 футов (16,76м).

Логистика на острове настоящая проблема, для того чтобы получить необходимое оборудование, приходится тщательно все планировать. Остров расположен в середине Тихого океана в 2460 милях к западу от Гонолулу и к востоку 1590 миль от Гуама, двух ближайших портов, откуда можно доставить оборудование. Остров посещают редко корабли и самолёты.

На острове была уже строительная техника: грузовики, краны, экскаваторы и погрузчики, но не было установки ГНБ, водолазного снаряжения и расходных материалов для работы. После анализа возможных вариантов транспортировки было принято решение отправить буровую технику, вспомогательное оборудование, расходные материалы и персонал чартерным рейсом ВВС США С-17.

После изучения технической документации по проекту и всех согласований стало ясно, что точки забуривания и выхода являются критичными и изменению не подлежат. Многие, кто работает технологией ГНБ, удивятся столь жёстким условиям, но таков проект.

Проанализировав документацию по островным коммуникациям, был составлен план бурения и определены на месте точки забуривания и выхода – сказал Блэк. Было обследовано морское дно при помощи глубинного локатора с анализом обратного многолучевого рассеивания и дистанционным управлением (ROV), дающий точный рельеф морского дна в месте предполагаемой траектории бурения. Маленькая камера, размером с человеческий глаз, оборудованная винтом и дистанционным управлением позволяет визуально обследовать морское дно, не прибегая к помощи водолазов. На основании полученных данных была скорректирована траектория бурения.

Место для старта скважины было выбрано на юго-восточном берегу острова Уэйк, рядом с действующей стройплощадкой. Геология по данному проекту не проводилась, основываясь на данных по предыдущим проектам и бурении под установку сейсмических датчиков, можно говорить что на глубине до 325 футов (99,06м) идёт коралл с вулканическими образованиями полосой более 300 футов (91,44м).

В проекте говорится, что образцы кораллов и скалы были извлечены в районе пляжа при геологических изысканиях, определения твёрдости и шероховатости породы. Исследования показали, что тип породы: окаменевшие кораллы, прочность породы от 4000 пси (275,76 бар) до 6000 пси (413,64 бар) на квадратный дюйм при сжатии – скала средней твёрдости по классификации.

“175 футов в день с минимальным возвратом жидкости, будет хорошим результатом в этом грунте,” сказал Блэк.

После наложения топографической съёмки, полученной при помощи глубинного локатора на карту и повторного просчёта траектории бурения, была точно определена глубина выхода на дно океана - 55 футов (16,76м) от поверхности воды.

Выбор оборудования

Для выполнения работ использовалась установка ГНБ Ditch Witch JT4020 All Terrain (AT), система приготовления бурового раствора MM5 с баком 1000 галлонов и вакуумный экскаватор с 500 галлонным баком для сбора возвратной буровой жидкости.

Блэк назвал три основных фактора выбора этой модели: габариты позволяют транспортировать воздушным транспортом; возможность бурить переходы длиной 1000 футов в кораллах и вулканических отложениях; минимальное потребление бурового раствора при бурении, которое сводит к минимуму требуемое количество пресной воды. Ещё Блэк сказал что: двойные буровые штанги позволяют бурить скальную породу без применения гидравлического забойного двигателя, который требует значительно большего расхода бурового раствора.

Специально модифицированная система слежения Сабсайт для определения траектории бурения на берегу и открытой воде. Буровые работы проводила команда из четырёх опытных островных механиков, специализирующихся на бурении кораллов и вулканической породы, персональную техническую поддержку осуществили компании Sound & Sea Technology, Underwater Construction Team TWO и NFESC.

Три скважины были пробурены из одного приямка, за счёт гибкости управления буровой колонной это стало возможным.

Три точки выхода располагались в океане около 180 метров от берега. Сначала была пробурена восточная скважина, второй пробурили центральную скважину, третья крайняя левая скважина. Длина первой скважины 883 фута, второй 885 футов, третьей 926 футов.

Порядок выполнения работы

Пилотное бурение и обратное затягивание происходило в несколько этапов:

• Водолазы осмотрели дно в месте точек выхода на наличие живых кораллов и отметили на поверхности буйками;
• Три каната плавали по поверхности воды с промежутком в 20 футов (6м), для закрепления концов использовались сигнальные буйки;
• Водолазы проложили линии (указательные канаты) от берега до места выхода, по предполагаемой траектории бурения, для облегчения нахождения буровой головки и корректировки;
• Отслеживание буровой головки производилось через каждые 30футов (9,14м) при помощи водолазов и специальной антенны;
• По выходу буровой головки на дно океана, была демонтирована водолазами. Водолазы подсоединили расширитель и вертлюг, а также провели всю подготовительную работу перед затягиванием футляра;
• Трёхдюймовая труба ПНД была разложена на берегу, один из концов трубы подсоединили к вакуумному экскаватору;

• При помощи надувной лодки затягиваемая труба была стянута с берега на воду. Для облегчения передвижения трубы и лодки по воде, используя вакуумный экскаватор, заполнили трубу морской водой. Лодка подвела трубу к сигнальному бую первой скважины. Водолазы прикрепили конец трубы к вертлюгу;

• Была произведена успешная затяжка футляра в скважину.

Отслеживание траектории бурения и корректировка направления были самым сложном моментом, так как работа проводилась в морской воде на дне океана. Опыт работы с оборудованием, предназначенным только для использования на земле, оказался не эффективным на аналогичном объекте по установке датчиков системы HDAS в 2003 году на острове Вознесения. Данная система более точная в солёной воде, что полностью удовлетворяет условиям проекта.

Блэк пояснил: «Производителем локатора компанией Дитч Витч была разработана специальная выносная антенна с кабелем длинной 100 футов (30,48м) позволяющая работать на дне океана. Выносная антенна расположена в нижней части трубки длинной 3 фута(0,9м). Антенна соединена кабелем с локатором на лодке. При такой схеме сводится к минимуму потери мощности сигнала в солёной воде».

Зная точку выхода и используя ранее установленный сигнальный канат на дне водолазы, видя отклонения от заданного курса передают по рации данные для корректировки. Оператор установки, анализируя данные с локатора и от водолазов, вносит необходимые корректировки направления бурения.

«В процессе работы система радиосвязи водолазов отказала» - сказал Блэк, «были разработаны ручные сигналы, передаваемые через кабель, связывающий выносную антенну с локатором. Протокол бурения вёл локаторщик на лодке, записывая все сигналы водолазов и показания локатора».