книги / Морская нефть. Развитие технических средств и технологий

мике поведения якорного троса собиралась с помощью датчи­ ков, установленныхнабуйкахвдольтроса.

Результаты исследований использовались для обоснования и отладки программы моделирования якорных линий, а также с целью создания математической модели оптимизации плаву­ честиипозиционированиябуев.

Еще одним направлением исследований компании «Теспотаге» являлось изучение возможности применения FPS в зонах наличия краевогольда и айсбергов. Для этих целей была разра­ ботанаплавучаяэксплуатационная система [71].

Эта система предназначалась для районов, расположенных в зонах краевого льда на границе пакового льда, например на шельфе о. Ньюфаундленд, где зимой поверхность моря может быть покрыта льдом и льдинами после его вскрытия. Передви­ жение большихпоразмеруайсбергов кюгуподдействиемтече­ ний может вызвать катастрофические столкновения с установ­ леннымисооружениями.

При разведке нефти в таких водах необходимо предусмат­ риватьвозможностьвременнойприостановкидобычии времен­ ного отсоединения и удаления сооружений в случае опасности надвиженияайсберга.

Для подобных условий в научно-исследовательском отделе­ нии компании «Tecnomare» разработана мобильная эксплуата­ ционная установка с встроенной системой контроля за льдом, которая выполняет операцию разъединения на основе постоян­ ного расчета риска. Разведка нефтяных месторождений в этих суровыхи глубоководных районахведется с помощью плавучих эксплуатационных сооружений с хранилищами, являющимися частью подводной эксплуатационной системы, обслуживающей транспортные танкеры снабжения для перевозки сырой нефти наберег (рис. 3.23).

Судноводоизмещением 140 тыс. тсвспомогательнымобору­ дованием ихранилищем такойже емкостью рассчитано на 15 су­ ток добычи. Оно специально изготовлено для добычи на плаву, таккакпереоборудование существующихтанкеров невозможно в подобных суровыхусловиях окружающей среды. Корпус уси­ ливаютдлятого, чтобы онвоспринималместныенагрузкисосто­ роны крупных обломков айсбергов и льдин. Может быть смон­ тирована автоматическая система регулирования ориентацией

Рис.3.23. Плавучаяэксплуатационная система:

/ —плавучее эксплуатационное судно; 2 —якорные тросы: 3 —донная

опорная плита;4 —продуктопроводы;5—погруженныецистерныплаву­ чести

судна, предназначеннаядляуменьшенияколебанийи ослабле­ ниятолчков, вызываемыхльдинами.

Скважины расположенынадвухподводныхопорныхпли­ тах, оснащенных защитными крышками. Предусматривается не менее 12 скважиндлягарантированияэкономичной добычи. Два набора гибких райзеров соединяют скважины с судном. Системурайзера можно быстродемонтировать, какбудетопи­ сано ниже, для удаления с места в случаеугрозы надвижения айсберга.

Кроме системы контроля зальдом в проектвключенасъем­ ная швартовая система, соединенная с вращающейсябашенной якорнойсистемойвнутрикорпуса (рис. 3.24). (71J Вращающаяся башеннаяякорная системаимеетфундамент, служащий опорой гибким райзерамишвартовым тросам. Он соединен с башенной системой, нобыстроотсоединяется. Подводнаяшвартоваясис­ тема состоитиз 12 разнесенныхнаравныерасстояния940-мет­ ровыхтросов, собранныхизсегментовцепь—кабель—цепь, про­ межуточныхбуевидвухякорныхсвай накаждый трос.

Рис.3.24.Детали вращающейсябашенной системы:

1—вертлюг;2—осевойподшипник;3—корпусрайзера;4—радиальный подшипник;5—якорныйтрос;6—гибкийрайзер; 7—разъемныймодуль

Системаразъединенияпредставляетсобойстальнойразъем­ ныймодуль, нейлоновыйкабельдляподъеманабортишлангокабель для привода вспомогательной системы освобождения подъема на борт. Эта вспомогательная система объединяет шлангдлянагнетания сжатоговоздуха, силовойтрансмиссион­ ныйкабельиприводныекабелиилиниисвязи.

Задача системы заключается в облегчении операций осво­ божденияиповторногомонтажа. В связисэтим основание скон­ струированотакимобразом, чтобы регулировать его свободное падение путем нагнетания сжатоговоздуха, что, всвою очередь, ослабляетвлияниеморскогоднанаконструкцию.

В освобожденном состоянии модуль остается на морском дне, в то время как якорные тросы и райзеры поднимают над дном с помощью буев, чтобы предотвратить их спутывание, но не очень далеко от уровня морского дна во избежание риска повреждения большимиайсбергами.

Система контроля за льдами основана на исторической ин­ формации иданных, собранныхнаместорождениях, атакжема­ тематических моделях вероятности столкновения. Система спо­ собна обеспечить требуемый уровень безопасности, при этом сводя к минимумуэксплуатационныепростои.

Система начинает перемещение сооружения, когда возни­ каетвероятностьпоявлениясо стороны льдов максимально допу­ стимой нагрузки, превышающейпредельные значения. Система обслуживает три окружающие установкуконцентричные зоны:

—внешнюю —в районе видимости, где собираютсяи тща­ тельно обрабатываютсяданныео характеристикахдрейфующих льдов.

—промежуточную —вслучаетревоги, когдаосуществляет­ сяразъединение переднадвижением льда.

—внутреннюю —вслучаеопасности, когдаэксплуатацион­

ноесудноперемещаетсяпереднадвижением льда.

По мнению специалистов компании «Теспотаге», эксплуа­ тационную систему возможно сделать технически надежной варктических водах, включивв неесистемуконтролязальдами. Это позволяет значительно уменьшитьпроектную нагрузку, оп­ ределяемую льдами. Иными словами, подобные нагрузки могут быть гораздо меньше значений, предельных для систем, разра­ ботанныхпоэтойтехнологии.

Проведенные и проводимые в конце XX в. исследования по усовершенствованию и повышению надежности плавучих экс­ плуатационных систем позволили системам FPS получить широ­ кое промышленное признаниеистатьединственными при осво­ ении нефтегазовых месторожденийв глубоких и сверхглубоких водах, атакженебольшихпо размерам месторождений. К 1990 г. изготовлено и находилось в эксплуатации приблизительно 28 корпусов FPSO и 14 —FPSS [21].

Тщательный анализ существующих систем добычи нефти в глубоких водах, находившихся в эксплуатации и разработке к началу 1990 г. [47], показывает, что преимущество систем FPS

практически будетнеоспоримо ив21 в. Некоторые положения этого анализа, представленного К. Лангевисом— генеральным директором отделения «НордАмерикен продакшн» компании «Коноко», опубликованного в журнале «Оушен индастри» ипредставленноговпереводев [47], приводятсяпрактическибез сокращений.

Дляобработкинаповерхностинефти, добываемойна глубо­ ководныхместорождениях, могутбытьиспользованы различные сооружения, каждое из которых имеет свои преимущества инедостатки. Ниже рассмотрены доводы за и против примене­ нияплатформ: обычныхстационарныхфермовых; железобетон­ ных гравитационных; упругих башенного типа; с натяжными опорами, плавучихэксплуатационныхсистем.

Обычные стационарные платформы. По мереувеличения глубины период собственных колебаний фермовых платформ стремится достигнуть значения периода волновых колебаний, соответствующих максимальной волновой энергии (рис. 3.25). Гидродинамическое затухание колебаний таких сооружений невелико, и возникающие напряжения имеют тенденцию

Волновой период, с

Рис.3.25.Взаимодействие между волновыми периодами и энергией для платформы разного типа: 1—стационарныеплатформы;2—спектрволновойэнергии;3—платфор­ мас оттяжками;4 —платформа с натяжными опорами; 5—значащаявы­ сотаволны,м

к ростуврезультате наложениянанихрезонансныхколебаний; приэтом резко снижаетсяусталостный срокслужбы.

Стационарные сооружения, какодно-и такжемногосекци­ онные (сваренные из отдельныхсекций), буксируемыенаплаву илитранспортируемыенабаржах, представляютсобой сложную стальную решетчатую конструкцию, которую трудно построить, установить и поддерживать в работоспособном состоянии втечение всего срока эксплуатацииместорожденияв глубоких водах. Разработаны новые конструкции стационарных плат­ форм, для которых нехарактерны некоторые из этихпроблем. Однако маловероятно, чтоплатформакакой-либоизэтихновых конструкций можетустанавливаться набольшихглубинах, чем платформы существующих конструкций. Вероятно, имеются предельные глубины (порядка 480-600 м) дляустановкиобыч­ ныхстационарныхплатформ.

Бетонные гравитационные платформы. Первые такие платформы былиустановлены вСеверном море, наих палубах монтировалитяжелое оборудованиедляобработкидобываемой продукции и хранения нефти. Выбор этих сооружений объяс­ нялся, кроме всего прочего, развитой промышленностью по производствужелезобетонныхконструкцийв странахбассейна Северного моря, наличием глубоководныхфьордов (где удобно строить гравитационные платформы) и неблагоприятными погоднымиусловиямиврайонеустановкиплатформ, что вынуж­ далостроитьсооружения сминимальным объемом работв море.

До 1987 г. железобетонные гравитационныеплатформы были установлены вводахглубиной менее 180 м, изучены возможности установки гравитационных платформ новых конструкций в более глубокихводах. К числунаиболее разработанныхотно­ сятсяконструкцииплатформ типа«Кондип Т-300» и «Кондип СП».

ВМексиканскомзаливехарактеристикидонногогрунтатаковы, что на нем нельзя устанавливать гравитационные платформы.

Вхранилищахобычнонеобходимости невозникает, отсутствуют глубоководныедоки, требуемая нагрузка напалубу чащевсего

низкая. Такимобразом, бетонные гравитационныесооружения вМексиканском заливе применятьнецелесообразно.

Упругие сооружения башенноготипа, установленные на дне. Такие сооруженияспроектированы какальтернативав глу­ боких водах стационарным платформам. Упругиебашни могут

колебаться в соответствии своздействиемна нихбольшихволн. Если основнойпериодколебаний превышает волновой период, соответствующий высокой волновой энергии (см. рис. 3.25), тоупругиебашниотличаютсяпосвоим характеристикам от ста­ ционарныхплатформ. Башня с оттяжкамиустановлена в водах глубиной 305 м дляразработкиместорождения «Лена».

С точки зрения экономики башни с оттяжками наиболее целесообразно использовать в водах глубиной 305—610 м. Минимальныйпределглубины определяетсяиз условия, чтоуг­ ловоеотклонениебашнинауровне морскогоднанедолжно пре­ вышать2°. Максимальнаяже глубинаограничиваетсявозникаю­ щиминапряжениямиизгибаикручения.

Шарнирная башня — другойпримерупругого сооружения, закрепленноговморском дне; разработано нескольковариантов таких башен-платформ. В основании башен имеется шаровой шарнир, илигибкаясвайная опора. Башни сшарнирной опорой используются для слива—налива нефти, а также размещения систем управления объектами разработки месторождений в Северномморе и другихрайонах. Однако шарнирные башни неприменяютсянепосредственнодля буренияидобычи.

ФранцузскаякомпанияЭТПМ идругиефранцузские фирмы разрабатывают концепцию платформы «Розо». Эта платформа должнабытьжестко закрепленавморскомдне спомощью свай, однако ее центральная колонна относительно небольшого диаметра будет гибкой. Период собственных колебаний плат­ формы должен значительно превышать волновой период. Облицованная сталью структура, окружающая верхнюючасть колонны, непосредственноподводнойповерхностью стабилизи­ руетмассуводы. В результате ограничиваются перемещенияко­ лонны иулучшаютсядинамические характеристики платформы вцелом. Также, какиудругихгибкихсооружений, уплатформы «Розо» полезныенагрузкиограничены средними значениями.

Платформыснатяжными опорами. Такаяплатформапред­ ставляетсобойплавучеесооружение, однакоперемещения этого сооружения, напримервследствиебортовойикилевойкачки, огра­ ничены, хотявгоризонтальнойплоскостиплатформа можетсво­ бодно перемещаться. Такоесостояниеплатформы связаносизбы­ точной плавучестью еекорпусаотносительнообщейвертикальной нагрузки (в которую входитпредварительноенатяжениеопор).

Впервые платформу такого типа установила компания «Коноко» в 1984 г. на месторожденииХатгои в британском секторе Северного моря, где глубинасоставляет 148 м. С техпорприла­ гаются значительные усилиядля оценки применимости концеп­ ции платформ с натяжными опорами в различных глубоковод­ ныхрайонахМировогоокеана.

Наибольшиепреимуществаплатформ снатяжными опорами:

—возможность вывода устьевого оборудования на поверх­

ность;

—уменьшеннаямасса;

—низкая стоимость по сравнению с платформами других типов приустановкенабольшихглубинах (рис. 3.26);

—облегчение ремонтных работ и технического обслужива­ ния скважин;

—уменьшениеобъемапроектныхработпринеобходимости

установки второй аналогичнойплатформы натом же месторож­ дении на глубине, слегкаотличающейся отглубины, накоторой установленаперваяплатформа.

Рис.3.26.Увеличениемассыплатформ различноготипавдиапазонеглу­ бин 360-460 м

Однако платформа с натяжными опорами имеет ряд недо­ статков:

— чем большенагрузканапалубу, тембольшедолжныбыть размеры корпуса (и соответственноегоплавучесть) и мощнее — натяжныеопоры и фундаментальныеплиты для них;

—приувеличении глубины возрастает масса водоотделяю­ щихколонн, водоизмещение корпусаистоимостьплатформ со­ ответственно.

Таким образом, вглубокихводахможно использовать плат­ формы с натяжными опорами, рассчитанные на уменьшенную палубную нагрузку. Важнотакжеулучшитьструктурную эффек­ тивностькорпусаплатформы снатяжными опорами.

Значительным шагом вулучшениисоотношения прочность— масса структурных элементов платформ снатяжными опорами являютсярезультаты недавнопроведенныхисследований поуп­ рочнению цилиндрическихопор. Снижениестоимостииповыше­ ниеэффективноститакихплатформ можетбытьдостигнутовре­ зультатевыбораправильногосоотношениямеждумассойиструк­ турнойнадежностью. В качестве примера можно привести плат­ формуснатяжными опорами, рассчитанную на выводустьевого оборудования на ее палубу. Такая платформа, представлявшая собой платформу с натяжными опорами второго поколения, установленакомпанией «Коноко» вблоке 184.

Первоначально плавучие эксплуатационные системы (FPS) предполагалисьдляустановкина месторождениях с относитель­ нонебольшими запасаминефти, которые не моглибыть разра­ ботаны обычнымиплатформами. В последние годы плавучимэк­ сплуатационным системамуделяется все большее внимание с точкизренияпримененияихвглубокихводах.

В первых плавучихэксплуатационных системах в качестве базовых использовали полупогружные буровые установки.

Вдальнейшем более приемлемыми были признаны танкеры

испециально построенные полупогружные установки, так как переоборудование буровыхполупогружныхустановок связано с большими затратами времени и средств. Избыток танкеров

впоследние годы дает возможность компаниям закупать их понебольшойстоимостиипереоборудоватьв комбинированные установки, обеспечивающие какдобычу, так и хранение добы­ тойнефти. Большаяплощадьтанкерныхпалубдаетвозможность

установить необходимое оборудование длядобычи на высоко­ продуктивныхместорождениях.

Втипичныхплавучихсистемахэксплуатационнаяустановка объединена со скважинами, законченными на морском дне. Скважиныобычнобурятзаранеечерездонную плиту, добывае­ мая продукция поступаетнаповерхностьпостоякуксуднуили платформе, заякоренным над донной плитой. Если имеются скважины-спутники, тодобываемаяиз нихпродукциячерез манифольды поступаеткдоннойплитеили направляетсянаповерх­ ностьпоотдельным трубопроводам.

В1987 г. вмиреиспользовались22 плавучиеэксплуатацион­ ные системы на базе переоборудованных или специально построенныхполупогружныхплатформ итанкеров.Спроектированы новыесистемы, рассчитанныенаиспользованиевособыхусловиях.

ВМексиканскомзаливенеприменяласьни однаизплавучих эксплуатационных систем. Управление по минеральным ресур­ сам (MMS) США, ответственное за обеспечение безопасных операций, недопускаломорскую добычунефтив Мексиканском заливе с использованием системы FPSO, ссылаясь на то, что не проведена оценкавлиянияFPSO накачествовоздухаи воды,

атакженасоциально-экономическиеидругиефакторы. В 1987 г. впервые плавучую эксплуатационную системупредполагалаус­

тановитькомпания «Плейсидойл» в блоке29.

Плавучие эксплуатационные системы характеризуютсяпо­ вышеннойдинамическойустойчивостью, возможностью хране­ ниядобываемойпродукциии последующегоналиванефти в гру­ зовые танкеры. Основноетребование кплавучим эксплуатаци­ онным системам любоготипа— минимальнаямассасоставляю­ щих ее компонентов. Недопустимо устанавливать на палубе дополнительное оборудование сцелью обеспечения повышен­ нойнадежности. Двойныетехнологическиецепочки оборудова­ ния (однарезервная) немогутбытьиспользованы какс техноло­ гической, так ис экономическойточкизрения. Анализ отдель­ ныхэлементов оборудования и оценкаегонадежностиспосле­ дующим сопоставлением с затратами, вызванными выходом этого оборудования из строя, позволяетостановитьсянаопти­ мальном варианте. Применьшихнагрузкахнапалубу снижается требуемая плавучестьи возникает необходимостьиспользова­ ния болееэффективногооборудования.