книги / Морская нефть. Развитие технических средств и технологий

Примернаястоимость скважин в Мексиканском заливе, тыс.долл.

Примерныерасходы набурениескважин вСеверном море,тыс.долл.

По этой причине необходимо, чтобы установка, находящая­ сявконкретномрайоне, отработалаустановленный срокбезос­ ложненийи замены. Именноучитываяэкономическиепоказате­ ли, исследователииконструкторы проводятработунад создани­ ем многофункциональных установок, обеспечивающих весь цикл работ на месторождении —от разведки до окончания эксплуатации, особенно в отдаленныхрайонах, что значительно должнопривестик сокращению сроковразработки месторожде­ нияик снижению себестоимостидобычи нефти.

Использование полупогружныхбуровыхустановокпервых поколенийвкачестве эксплуатационныхв Северном мореследу­ етпризнатьсмелым предприятием или долговременным испыта­ нием [70], высветившим передконструкторамии эксплуатаци­ онниками проблемы, характерныедлясуровыхклиматических условий в районе Северногоморя. Усовершенствованныенаос­ нове опыта полупогружные исамоподъемныеустановки по на­ дежности не уступали стационарным основаниям и обеспе­ чиваликруглогодичную эксплуатацию нефтегазовыхместорож­ дений. Тем не менее, проблема разработкиплавучих установок нового поколения с каждым годом становилась все острее, и именно вСеверномморе были испытаны и запущены в работу принципиально новые конструкцииустановок, о которыхбудет сказано ниже.

ГЛАВА 3

РАЗВИТИЕ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И РАЗРАБОТКА ПЛАВУЧИХ УСТАНОВОК ДЛЯ ОСВОЕНИЯ ГЛУБОКОВОДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Повышениеценнанефтьв 1980 г. обусловило значительное увеличениеобъемабурения морскихскважин (табл. 3.1) [84].

На многих месторождениях, которые еще несколько лет назад считалось, что разрабатывать нерентабельно, начались активные работы по разведочномуи эксплуатационному буре­ нию. Наконец 1980 г. паркморскихбуровыхустановокнасчиты­ вал516 передвижныхбуровыхустановок и 3500 стационарных платформ. Средняяглубинаморя, накоторую рассчитаныстаци­ онарныеплатформы, составляла43,6 м. Исходяиз этогов 1980 г.

лись 152 фирмы [8]. По эконо­ мическим соображениям в последующиегоды предполагалось возрастание использования передвижных буровых установок длябурения эксплуатационных скважин, особеннов глубоких водах. Благоприятные перспективы использованияполупогружных платформ, особенно нового типа (с натяжными опорами), разрабатываемыхв этотпериод, подтверждалисьприобретени­ ем крупными нефтяными компаниямиучастковв водах глуби­ нойдо 1800 м.

Как показывает опытразработки морскихместорождений, смомента открытия залежидоначалаееэксплуатации проходит неменее семилет. Необходимостьсокращенияэтого срокаоче­ видна, икрешению этойпроблемы приступали во многих компа­ ниях и фирмах. Одно из решений было предложено фирмой «Флюр сабеи сервиз» и заключалосьв следующем:длясокраще­ ния периода междуразведкойипромышленной эксплуатацией месторождения предлагалось использовать одну платформу длябуренияиэксплуатациискважин [74].

Использование одной платформы для бурения, а затем и для эксплуатации ведет к экономиисредств, благодарятому, что при увеличении глубин, на которых устанавливается платформа, стоимость ее возрастает незначительно (дополни­ тельные средства необходимы толькодлянаращивания натяж­

ныхустройств) [74]. Крометого, после завершения освоения од­ ногоместорожденияплатформаможетбытьпередислоцирована вдругойрайонработ.

3.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИЗГОТОВЛЕНИЕ И МОНТАЖ ПОЛУПОГРУЖНОЙ ПЛАТФОРМЫ С НАТЯЖНЫМИ ОПОРАМИ

В начале 70-х гг. XX столетия специалисты фирмы «Коноко» утверждали, что для обеспечения потребностей в энергоре­ сурсах в последние десятилетия века возникнет необходимость

вдобыче нефти и газа на глубинах моря 1000 м и более [45].

Втот момент времени практически все морские скважины бу­ рилииосваивали со стационарныхплатформ при глубине моря, не превышающей 120 м. Большинство специалистов утвержда­ ли, что использование обычных металлических стационарных платформ вводахбольшойглубины малоэффективно и нерента­

бельно. Учитываяэто, конструкторскийитехнический персонал фирмы «Коноко» приступил к разработке новых технических средствдляосвоенияглубоководныхместорожденийнефти. Для разработки полупогружной платформы с натяжными опорами (ППНО) потребовалось 14 лет.

ПреимуществоППНО надсуществовавшимивто время пла­ вучимиустановкамизаключалось:

—в значительной экономии стали (особенно при глубинах моряболее300 м);

—в быстром переходе от разведочного бурения к эксплуа­ тациискважин;

—влегкостимонтажаидемонтажаконструкций [73].

Идея использования ППНО при освоении морских место­ рожденийвозниклане сразу. В 1970-х гг. самым перспективным способом освоения глубоководных месторождений считался метод применения подводных нефтегазопромысловых систем, на разработку которых и были направлены основные усилия фирм, занимавшихся этой проблемой. К 1972 г. несколько фирм непосредственно участвовали в создании прототипов глубоко­

водной системы, и «Коноко» включилась в два таких проекта вкачестве консультанта сцелью накоплениясоответствующей технической информации. Одновременноизучалисьвсеизвест­ ные подводные промысловые системы. Но посленесколькихлет исследований и инженерных разработок специалисты фирмы пришли к выводу, что подводные эксплуатационные системы неявляются единственным исчерпывающим решением вопроса.

Эксплуатация иобслуживание подводных систем были свя­ заны сопределеннымитрудностями, и, крометого,для транспор­ тировки нефти с подводного комплексатребоваласьподводная установка или танкер. К этому моменту среди разработчиков морских платформнаметился определенныйинтерес кППНО, которая была предложена в качестве морского «аэродрома» и запатентована в 1930 г. [45]. Такой аэродром нигде не был построен, срокдействия патентаистек, но, тем неменее, рацио­ нальное зерно в проекте присутствовало. Идеябылавзятазаос­ нову, и специалисты фирмы приступили к еетщательной прора­ ботке сцелью использования способавертикального заякориваниявкачестве одногоиз элементовглубоководной эксплуатаци­ оннойсистемы.

Первоначально концепциятакойсистемы быладостаточно проста. Предполагалось, чтополупогружнойкорпусбудетпри­ крепленкоднуспомощью тросов, которым обеспечатдостаточ­ ное натяжение дляудержания надскважинами. Таким образом палубуплатформы вморскойводебудетподдерживатьнаплаву выталкивающая сила, заменяющая традиционный опорный блок.

Значительно облегчилоработуфирмы «Коноко» ееучастие

всоздании платформыснатяжнымиопорами, проектирование которой было начато фирмой «Диг ойл текнолоджи» (ДОТ),

впоследующемполучившаяновое название «Флюор сабеи сер-

висиз». В 1973 г. ДОТобъявилаосвоихнамеренияхпостроить модель платформы (масштаб 1: 3) с палубой площадью 670 м2 ииспытать ее в защищенной бухтеуберегово. Каталина (штат Калифорния, США). Нарядус 16-ю другими фирмами «Коноко» финансировала эту успешно законченную в 1975 г. работу. Нопосле этогобольшинствофирм потеряли интерескразработ­ ке ППНО. Проблема практически необсуждаласьи мало осве­ щаласьвлитературе. Тем не менее специалисты «Коноко» про­

должили работу в этом направлении. Данные об испытаниях платформы у берегов штатаКалифорния позволили им прибли­ зиться крешению аналитическихзадач. Одновременно осуще­ ствлялась большая серия модельных испытаний. В результате проведенной исследованийбылиразработаны методики расче­ тов и компьютерные программы, с помощью которых можно былоточнопрогнозироватьповедение ППНО прибольшом вол­

ненииморя.

Прирешенииразличныхгидродинамическихзадач специа­ листы фирмы «Коноко» пришликвыводу, чтоработабудетлегче иэффективнее, еслипроектпривязатькусловиямконкретного месторождения [45]. С этойцелью вкачестве критериев проек­ тированиявыбралиусловияокружающейсреды наместорожде­ нии «Хаттон». Это месторождение открыто фирмой «Коноко» в 1973 г., когда цены на нефть были сравнительно низкими. Поэтому, несмотря наточтоизвлекаемые запасы месторожде­ нияоценивалисьв28—40 млн м3, егопризналинерентабельным. Нодляцелей, преследуемыхфирмой «Коноко», месторождение вполне подходило. Область образования штормового воздей­ ствия, вкоторойрасположеноместорождение, простирается че­ рез всю северную часть Атлантики и доходит до Гренландии. Крометого, посилештормоввыбранныйрайонуступаеттолько заливуАляска. Имелисьвсе основания считать, что если удастся создать ППНО для условий на месторождении «Хаттон», товдальнейшем платформы такоготипамогутбытьспроектиро­ ваны практически для любого района мира. Месторождение «Хаттон» фирма «Коноко» рассматривала как потенциально подходящий район для установки ППНО. Хотя глубина моря врайоне установкине оченьбольшая, тем не менее онадоста­ точнадлякомплекснойпроводкивсехсистем ивтоже время от­ носительно невелика для осуществления в случае необходи­ мости каких-либо дополнительных мероприятий. После тща­ тельногоанализанаправленийбудущейработы фирма «Коноко» обратилась к своим партнерам с предложением участвовать в проектированииППНО дляместорождения «Хаттон». Каждой фирме—будущейучастнице работ—былпредставленкраткий отчето состояниидел, атакже переданаинформация отом, что для выполнения соответствующих исследований и проектных работтребуется суммав3 млндолл. Специалисты «Коноко» со­

общили, что при проектировании предполагалось максимально учитыватьналичиеимеющейсятехники.

Партнеры фирмы «Коноко» согласились участвовать в со­ здании ППНО на стадии предварительного проектирования. Позднее выяснилось, что предложения были излишне оптимис­ тичными. В процессе проектирования возникло множество не­ оправданных проблем. Оказалось также, что некоторые виды имеющегося оборудования не подходят для новой платформы. Новая платформа во многом отличалась от своего прототипа— обычнойбуровойустановки, посколькуонапроектироваласькак составная часть системы с натяжными опорами и была рассчи­ тана на срок службы от 20 до 30 лет. Масса и прочность ППНО выше, чем у обычной платформы. Особое внимание уделялось распределению напряжений в элементах конструкций. Это вы­ звано тем, что обычная платформа во время вертикальной, бор­ товой и килевой качки перемещается на волне, благодаря чему воздействие на конструкцию некоторых нагрузок смягчается. Перемещения ППНО сдерживаются натянутыми опорами, по­ этому необходимо было найти пути для перераспределения на­ грузок, испытываемыхтакимижесткимиограничителями.

Одна из трудностей, скоторымипришлосьстолкнуться, воз­ никла при разработке спецификаций на оборудование, которое предполагалось создать заново. Часто одно осложнениевызыва­ лоряддругих. Например, приконструировании соединительных устройств для натяжных опор пришлось разрабатыватьнетоль­ ко резьбы этих соединений, но и оборудование, с помощью ко­ торогоэтурезьбуможно былонарезать, атакжеискатьметод ее проверки и испытания. Аналогичные проблемы возникали при создании инструмента для завинчивания опор, внешних резьб и крупногабаритных муфт, используемыхдля регулированияна­ тяжения в опорах.

Еще одно осложнение возникло в связи стем, что потребо­ валосьизучитьвсевозможныевариантыповеденияводоотделяю­ щих колонн по отношению как к внешним воздействиям, так и другкдругу. Всегона ППНО предусматривалосьсмонтировать 30 водоотделяющих колонн. Теоретическая проработка вопроса заняла несколько месяцев. Водоотделяющую колонну действую­ щей платформы фирмы «Коноко», установленной в Северном море, оснастили приборами для получения необходимых дан­