Способы освоения морских месторождений

МОРСКАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ

СПОСОБЫ ОСВОЕНИЯ МОРСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Виды нефтепромыслов, способы добычи

Надземные промыслы

Надводные промыслы

Подводные промыслы

Шахтно-тоннельные способы

Эстакады с приэстакадными площадками

Для разработки крупных месторождений нефти и газа отечественными учеными были предложены конструкции и высокопроизводительные методы строительства морских эстакад и примыкающих к ним специальных приэстакадных площадок как для бурения скважин, так и для размещения на них промысловых объектов сбора, подготовки и транспорта продукции скважин, системы поддержания пластового давления (ППД).

Эстакадные сооружения можно выполнять из дерева, металла, железобетона. В настоящее время в основном используют два последних материала. Роль эстакад могут играть и каменноземляные дамбы. Эффективность применения последних зависит от глубины моря, гидрометеорологических условий и способа строительства, которое оправдано в спокойных акваториях с глубиной не более 5-6м. При больших же глубинах моря, а также на площадях, где имеют место значительные морские волнения и течения, продолжительность земляных работ увеличивается, а вместе с этим возрастает и объем капиталовложений.

Анализ экономической целесообразности строительства грунтовых дамб показывает, что применение их рационально при глубине не более 6 м. Следует отметить, что они отличаются долговечностью, пожаробезопасностью, устойчивостью против действия ледовых нагрузок и не подвергаются коррозии, характерной для стальных эстакад. Кроме того, земляные дамбы выполняют функции волнозащитных сооружений и огражденные ими акватории используют для стоянки судов.

В связи с большой сложностью и высокой стоимостью сооружения земляных дамб на морских участках с большими глубинами широкое применение нашли стальные сооружения эстакадного типа. Использование данного способа разработки месторождений позволяет комплексно решать технологические вопросы, связанные с бурением скважин, добычей, транспортом, подготовкой и хранением нефти и газа, организацией системы ППД , функционирования всей инфраструктуры морского промысла. Приэстакадные площадки, на которых размешают основные и подсобные объекты, связывают между собой специальным транспортным сооружением мостового типа.

По эстакадам прокладывают различные трубопроводы, электрокабели и линии связи, по которым осуществляется движение автомобильного и технологического транспорта, железнодорожных составов узкой колеи, тракторов, подъемных кранов и пр. Поэтому все работы на морском промысле можно проводить почти независимо от состояния погоды и волнений моря.

Сооружение эстакад позволяет создать на территории промысла крупную материально-техническую базу, обеспечивающую бесперебойное снабжение материалами и оборудованием для гидротехнического строительства и последующую эксплуатацию нефтегазового месторождения. Такая база может быть создана на берегу моря, если эстакада берет с него начало.

Эстакадный способ освоения месторождении имеет следующие преимущества:

Вместе с тем, данный способ обладает и рядом недостатков:

• происходит интенсивная коррозия металлоконструкций в агрессивной морской среде, снижающая их долговечность, и, как следствие этого, возникает необходимость в проведении большого объема дорогостоящих работ по защите металла;
• наблюдается низкая механическая сопротивляемость сооружений эстакадного типа действию ледовых нагрузок;
• отрицательно сказываются на работе технологических установок и узлов строительных конструкций недостаточная динамическая жесткость и вибрация.

В ледовых условиях эффективность применения эстакадного способа резко снижается.

Стационарные платформы

После открытия морского нефтегазового месторождения выполняют комплекс работ, включающих конструирование, изготовление и установку системы бурового и нефтегазопромыслового оборудования, сооружение объектов промыслового сбора, подготовки и транспорта продукции, системы ППД и др. Для этого, как правило, в соответствии с традиционной практикой строят стационарную, опирающуюся на морское дно, базовую платформу.

Стационарные платформы за рубежом были применены в нефтяной промышленности примерно в середине 30-х годов в акватории Мексиканского залива. С их помощью можно было работать в условиях мелкой воды. Следует отметить, что многие из первых металлических стационарных платформ, построенных в 30-х и 40-х годах у нас в стране и за рубежом, продолжают успешно эксплуатироваться и в настоящее время.

Освоение более глубоких акваторий шельфа потребовало создания более совершенных конструкций:

• эффективных — конструкция должна наилучшим образом соответствовать своему функциональному назначению;
• надежных — вся конструкция в целом и ее элементы должны без повреждений противостоять нагрузкам на них и воздействиям в условиях эксплуатации;
• долговечных — с безотказной работой в течение установленного срока эксплуатации;
• технологичных — при проектировании необходимо устанавливать соответствующие производственно-технические возможности изготовления, транспортирования, монтажа в море, а также предусматривать удобства эксплуатации и возможность усиления конструкций;
• экономичных — затраты на проектирование, изготовление, монтаж и эксплуатацию должны быть минимальными;
• эстетичных и эргономичных — конструкция должна отвечать условиям технической эстетики и эргономики;
• с полным или частичным демонтажем после завершения буровых и эксплуатационных работ.

Применение стационарных платформ имеет ряд преимуществ:

• используются простые методы строительства платформ на освоенных глубинах моря и в районах с различными гидрометеорологическими условиями благодаря их крупноблочности;
• имеется при необходимости возможность расширения палубной площади основания;
• обеспечивается частичный или полный демонтаж стационарных платформ после завершения буровых и эксплуатационных работ;
• создается сравнительно большая устойчивость против действия волновой и ветровой нагрузок благодаря пространственности конструкций и пирамидальной форме блоков.

Эти преимущества обеспечили широкое применение стационарных платформ не только при разведке, но и разработке и эксплуатации морских нефтегазовых месторождений.

Стационарные платформы имеют и недостатки, так как все строительно-монтажные работы, производственно-техническое снабжение и обустройство платформ зависят от гидрометеорологических условий.

Опыт показывает, что создание нефтегазового промысла на стационарных платформах не всегда является экономически выгодным, потому что производственно-техническое обеспечение, эксплуатация и обустройство морских промыслов связаны с необходимостью широкого использования морских судов и спецтранспорта, прокладкой подводных трубопроводов и пр.

Строительство стационарных платформ рентабельно для бурения разведочных скважин и при организации нефтегазового промысла на глубинах, превышающих 20 — 25 м, а также в условиях ледовой обстановки.

В целом вопрос о целесообразности применения стационарных платформ для освоения нефтегазовых месторождений и организации морского промысла следует решать в каждом конкретном случае с учетом всех природно-климатических, гидрологических и технических условий, характерных для намеченного к разработке месторождения.

Железобетонное основание островного типа

Железобетонное основание островного типа — сооружение, состоящее из одной или нескольких железобетонных оболочек, заглубленных в грунт водоема. Строительство таких сооружений можно вести как с ледяного покрытия, так и с поверхности воды.

Для установки и погружения оболочек большого диаметра потребуется применение мощных плавучих кранов. Для погружения оболочек диаметром от 6 до 12 м можно использовать метод реактивно-турбинного бурения (РТБ), который дал положительные результаты при строительстве мостов, причалов и шахт.

Внутреннюю полость оболочек после окончания строительства платформ, как правило, заполняют песком. Верхнее надводное строение платформ можно выполнять из металлических конструкций, объем которых будет значительно меньше, чем для обычных морских платформ. Для снижения ледового воздействия опоры платформ в некоторых случаях снабжают ледорезами.

На глубине вод 15 — 30 м при соответствующих геологических условиях не исключена возможность использования гравитационных железобетонных сооружений. Изготовление такой конструкции полностью осуществляют в сухом доке (котловане) с последующей буксировкой ее на плаву и установкой на точке бурения. Для обеспечения устойчивости внутреннюю полость сооружения заполняют песком. Как правило, сооружения имеют значительные габариты, конструкция отличается большой сложностью, а для их создания необходимы большие объемы строительных материалов. Изготовление таких конструкций связано с сооружением специализированного берегового комплекса в составе сухого дока, заводов железобетонных конструкций, складов, причалов и пр.

Земляные сооружения островного типа

На глубинах вод до 5 — 6 м в местах, сравнительно недалеко удаленных от берега, могут найти применение земляные сооружения, образованные с помощью наброски или намыва песка. Их откосы должны быть защищены железобетонными или металлическими элементами от разрушительного действия льда. Объем таких конструкций довольно большой, а устройство их под водой сложно и трудоемко. Строительство земляных сооружений, по всей видимости, можно будет осуществлять преимущественно в период отсутствия льда. Для условий Крузенштернской структуры Карского моря, расположенной в основном в районе барьерных островов Шараповы Кошки и мелководных (до 1 — 2 м) лагун Шараповы Шары и губы Крузенштерна, грунтовые острова целесообразно создавать с помощью гидронамыва земснарядами с пологими неукрепленными откосами.

Комбинированные сооружения островного типа

Одним из вариантов гидротехнического сооружения может быть комбинированная конструкция искусственного острова. Металлический каркас цилиндрической формы диаметром 30 — 50 м собирают из отдельных элементов непосредственно на месте строительства (на льду). Получившуюся таким образом оболочку после установки на дно водоема заполняют грунтовым материалом.

Плавучие буровые установки

Строительство стационарных платформ связано со значительным финансовым риском в случае безрезультативности разведочного бурения. При этом возникают значительные потери материально-технических средств, а сама оставленная платформа представляет для безопасности судоходства серьезную угрозу в акватории, где ведутся поисково-разведочные работы. Данное обстоятельство привело к необходимости создания принципиально новых морских нефтегазопромысловых сооружений — плавучих и передвижных буровых установок, из которых наиболее распространены следующие типы:

• затопляемая баржа;
• затопляемое основание;
• буровое судно;
• передвижная буровая установка;
• погружная или полупогружная буровая установка.

Первоначально использовали затопляемые баржи, которые в основном применимы в заболоченных местах и внутренних водоемах с глубиной, не превышающей высоту борта. При работах на больших глубинах вместо баржи потребовалось уже сооружение затопляемых оснований с приподнятой на опорах-стойках рабочей площадкой для размещения на ней основного и вспомогательного оборудования. Затопляемые баржи и основания устанавливают на точке бурения путем приема морской воды в балластные отсеки, а после окончания работ откачивают или продувают воду из отсеков для возможности транспортирования установок. Устойчивость основания при погружении обеспечивается за счет дополнительных понтонов.

Увеличение глубин моря и необходимость расширения области применения плавучих установок привело к созданию разнообразных конструкций передвижных буровых установок. Передвижную установку с погружным понтоном применяют при небольшой глубине водоемов. Основной ее конструктивной особенностью является то, что производственная площадка и понтоны связаны в общую жесткую систему при помощи стоек или колонн, соединенных между собой распорками и подкосами.

Основное преимущество этих установок заключается в возможности их использования на слабых грунтах дна моря, так как наличие самостоятельного понтона, опирающегося на него, позволяет значительно уменьшить давление на грунт, а недостаток — в высоком расположении центра тяжести основания, что делает установку неустойчивой на плаву, особенно в условиях штормовой погоды и на больших глубинах моря.

Погружение и подъем установки осуществляют путем подачи балласта в корпус или откачки его с помощью насосов и клапанов, расположенных в различных отсеках. Балластные насосы и задвижки с гидравлическим приводом находятся в насосных отсеках нижнего корпуса платформы. Всеми операциями по подъему и погружению управляют дистанционно со щитов пульта управления, установленных в операторском помещении на рабочей палубе. Здесь расположены также контрольно-измерительные приборы, показывающие количество воды в каждом отсеке, инклинометры для определения крена, а также аппаратура, показывающая осадку платформы во время ее подъема и погружения.

При буксировке платформы на новое место предварительно ее погружают до определенной глубины, а на точке бурения ее опускают окончательно на морское дно. Практика показывает, что установку платформы над центром скважины можно осуществить с точностью до нескольких дюймов. Эту сложную операцию выполняют с помощью специальной системы заякоривания.

Самоподъемные передвижные установки предназначены для бурения разведочных и эксплуатационных скважин. Они состоят из трех узлов:

• плавучего корпуса (понтона), на котором размещается все технологическое, энергетическое и вспомогательное оборудование, а также инструменты и материалы;
• гидравлических или электромеханических подъемников;
• опорных колонн.

Основными преимуществами установок данного типа являются:

• возможность бурения на сравнительно больших глубинах моря за счет мощных опорных или решетчатых колонн с высокой поперечной жесткостью;
• применение в широком диапазоне глубин моря, определяемом длиной опорных колонн;
• периодическое использование в районах с различными глубинами моря и волновым режимом, что улучшает условия работы опорных колонн за счет изменения положения зоны периодического смачивания, где коррозия происходит с наибольшей интенсивностью.

Основной недостаток этого оборудования заключается в его неустойчивости при сооружении на слабых или илистых донных грунтах.

Самоподъемные передвижные буровые установки различаются по конструкции и форме корпуса (прямоугольной или треугольной), числу опорных колонн (от 3 до 14) и их типу, а также системам подъемных механизмов. Опоры могут быть вертикальными или наклонными, сплошными цилиндрическими или четырехугольными решетчатой конструкции. Наклонные опоры применяют при увеличении базы основания и обеспечении необходимой устойчивости сооружения в рабочем положении. В этом случае установка должна иметь механизм наклонения опор.

Для спуска опорных колонн, задавливания их в грунт, подъема корпуса до нужной рабочей высоты, а также для возможности транспортирования установки применяют гидравлические или электромеханические подъемные механизмы. В первом случае взаимодействие корпуса с опорными колоннами осуществляется путем перехватов относительно него подвижных и неподвижных траверс, которые соответственно закреплены подвижным штоком силового цилиндра и неподвижным цилиндром. В электромеханическом подъемнике применяется реечно-шестеренчатый механизм, взаимодействие которого с опорной колонной происходит за счет перекатывания по ее рейкам неподвижных относительно корпуса шестерен.

Полный цикл работы установки самоподъемного типа состоит из следующих операций:

• буксировки на точку бурения;
• спуска опорных колонн до дна;
• задавливания последних в морской грунт;
• подъема корпуса на нужную высоту над уровнем моря;
• подготовки к монтажу стационарного блока крановым судном;
• монтажа крановым судном стационарного блока;
• подготовки установки для бурения;
• проведения буровых работ;
• подготовки скважины к эксплуатации на стационарном блоке платформы;
• спуска корпуса установки на воду;
• выдергивания и подъема опорных колонн;
• транспортирования установки с точки бурения.

При освоении морских месторождений нефти и на все больших глубинах стационарные основания и плавучие буровые установки оказались непригодными, так как опирающиеся на дно моря сооружения становятся слишком громоздкими, металлоемкими и дорогостоящими. Возникают особые трудности при их изготовлении, транспортировании и установке на точке бурения. Задачи, связанные с освоением больших глубин, решаются с помощью конструкций плавучего типа, таких как буровые суда и полупогружные установки. Для этого необходимо было разработать:

• специальное буровое или полупогружное судно, оборудованное мощной установкой для работы на значительных глубинах;
• возможность удерживания судна над устьем скважины, расположенной на морском дне, с учетом течений, ветровых и волновых нагрузок;
• способ определения положения устья скважины для повторного спуска в него бурильной колонны после проведения спуско-подъемных или иных операций в процессе бурения;
• герметизированную циркуляционную систему, позволяющую осуществлять замкнутую циркуляцию бурового раствора;
• установку превентерного оборудования и устья скважины на морском дне, дистанционное управление и контроль за их работой с борта судна.

Основные преимущества сооружений плавучего типа заключаются в следующем:

• ПБУ и БС полностью изготавливают на судостроительных заводах, включая монтаж промыслового и бурового оборудования;
• отпадает необходимость в строительстве громоздких и дорогостоящих гидротехнических сооружений, опирающихся на дно моря;
• спецсуда обладают высокими мореходными качествами, позволяющими после завершения буровых работ на одной точке быстро перебазироваться на плаву в район проводки очередной скважины;
• есть возможность применения одной и той же установки для бурения скважин в широком диапазоне изменения глубин моря.

Источник