книги / Морская нефть. Развитие технических средств для освоения морских арктических месторождений нефти и газа. Переработка продукции скважин

ночные цены на нефть и газ установятся через полтора десятка лет, которые пройдут с момента покупки лицензии на право ведения поисково-разведочных работ до начала промышленной эксплуатации месторождения (в том случае, если оно будет обнаружено). Такое положение наиболее ярко проявляется при работах в арктических районах. На рисунке 1.100 показан оптимальный график разведочных работ и обустройства месторождения в Арктике, из которого добывали около 40 тыс. м3/сут нефти. Для такого месторождения, как показала практика, необходимо соорудить четыре гравитационные экс­ плуатационные платформы и проложить подводный трубопровод. Из графика видно, что с момента начала реализации проекта до начала эксплуатации прошло около 14 лет, а для достижения максимального уровня добычи по­ требовалось 17 лет. Кроме цен на нефть за это время могли измениться также и законы, регламентирующие порядок возмещения компаниям вложенных ими средств.

f Z 3 4 $ 6 7 8 9 /0/ШШИ5/6Г770/920

Число лет, прошедших после по­ лучения лицензий

Рисунок 1.100 — Оптимальный график разведки и разработки арктического месторождения:

1 — планирование поисковых работ и одобрение планов; 2 — строительство двух передвиж­ ных буровых установок; 3 — бурение разведочных и оконтуривающих скважин; 4 — открытие месторождения; 5 — планирование эксплуатационных работ; б — одобрение планов; 7 — строительство и установка платформ 1 и 2; 8 — строительство и установка платформ 3 и 4; 9 — эксплуатационное бурение; 10 — разработка и одобрение проектов транспортиро­ вания нефти; 11 — строительство трубопровода; 12 — начало эксплуатации месторождения;

13 — максимальный уровень добычи нефти

Правильный выбор проекта, решение в короткие сроки всех проблем, свя­ занных с его выполнением, обеспечивали нефтяным компаниям возмещение вложенных затрат, поэтому очень важным моментом являлась достоверная предварительная оценка проекта.

В 80-е гг. XX столетия активизировалось строительство насыпных ост­ ровов и в канадском секторе Арктики. Это объяснялось стремлением нефтя­ ных компаний создать наилучший вариант устойчивых к воздействию льда сооружений, позволяющих вести бурение в условиях моря Бофорта. Изна­ чально в этом регионе активно строились искусственные острова из гравия

ипеска. Впоследствии началось сооружение кессонных островов различного типа.

Все стационарные буровые сооружения островного типа имеют один общий элемент — донный фундамент, или берму. Берма строится из песча­ ной или гравийной смеси (часто доставляемой издалека), с помощью мощ­ ных мореходных земснарядов. В процессе строительства возникают новые технические решения, направленные на обеспечение достижения конечной цели — осуществления буровых работ.

Повышение в какой-либо точке морского дна до определенной отметки

иего выравнивание являлись сравнительно новой сферой деятельности ком­ паний, занимающихся землечерпательными работами: им более привычно было выполнение углубления морского дна до необходимой глубины. При строительстве бермы материал, из которого она изготовлялась, ссыпали на морское дно в виде конуса, затем на необходимой высоте разравнивали площадку. Для проведения этих работ были переоборудованы несколько земснарядов голландского и канадского производства. Так, для сооружения искусственного острова «Кадлак» (компании «Эссо») саморазгружающийся земснаряд «Гейтуей» (принадлежащий компании «Бивер дреджинг») был оснащен вертолетной площадкой, противоледовой защитой, на нем была обо­ рудована лаборатория для анализа грунта. Кроме этого модификацииподверглась система сброса сыпучего материала. Грунт из трюмов судна можно было сбрасывать перед земснарядом через борт’ в носовой части. Это позволило строить более высокие бермы, чем при традиционном сбросе грунта через отверстия в дне судна, имеющего осадку около 12 м.

Бермы обычно сооружались послойно. Сначала насыпалась до опреде­ ленной высоты одна сторона бермы, затем, двигаясь задним ходом и засыпая неровности морского дна, земснаряд доводил насыпь до высоты уже готовой стороны бермы. Процесс повторялся необходимое число раз.

Для получения ровной поверхности верхней площадки бермы (неров­ ности не должны превышать 30 см) на земснаряде «Гейтуей» применялось

специальное скреперное устройство с гидромониторами для взмучивания и выравнивания песчаной поверхности. Такого типа устройства применялись на земснарядах лишь на реках, подобных Миссисипи. Причем устройства имели очень большую ширину, были укреплены на носу судна и выполняли работу при движении судна вперед (по принципу бульдозера).

В условиях моря Бофорта выравнивание бермы осуществлялось путем буксировки мореходным земснарядом. Земснаряд, заякоренный в четырех точках, мог передвигаться над бермой строго по выбранной прямой линии с помощью лебедок, наматывая на ее барабан передние и отпуская задние якорные канаты.

Доставка и накопление строительного материала являлись важнейшим этапом в процессе сооружения бермы. Один из вариантов осуществления этого этапа рассчитывается на выполнение добычи и доставки материала на точку (даже на большое расстояние) с помощью саморазгружающегося земснаряда; другой — с помощью одноковшовой землечерпалки и несколь­ ких сухогрузных барж, которые доставляли сыпучий материал и сгружали его рядом с местом строительства бермы. Переброска материала непосредст­ венно на точку и сооружение бермы производилось другим земснарядом. При использовании пульпопровода на поплавках земснаряд, установленный прямо над лежащим на дне доставленным гравием или песком, мог подавать до 77 м3/мин сыпучего материала в любую точку сооружаемой бермы.

Землесосный снаряд «Бивер-Маккензи» использовался именно для подачи материала, и поэтому у него отсутствовал хоппер. При эксплуатации этого зем­ лесосного снаряда была достигнута устойчивая переброска свыше 2,5 тыс. м3/ч сыпучего материала с глубины около 20 м.

Учитывая, что выемку грунта в море Бофорта можно осуществлять только в течениедвухлетних месяцев, чрезвычайно важна высокаяпроизводительность земснарядов, используемых для строительства берм и насыпных островов.

В климатических условиях региона стоимость землечерпательных работ всегда остается очень высокой. Для строительства берм требуется несколь­ ко сот тысяч кубических метров песка или гравия (для насыпных островов значительно больше), которые обходятся нефтяным компаниям по меньшей мере в 13-14 дол./м3. Экономически выгодными считаются удельные затраты, составляющие 5 дол./м3 (по ценам 1983 г.).

По мнению некоторых руководителей компаний, занимающихся земле­ черпательными работами, в будущем объемы материала, необходимого для строительства берм, будут ежегодно увеличиваться на 10 млн м3. Такое уве­ личение объяснялось тем, что работы перемещались в районы моря с боль­ шими глубинами. В таких случаях было экономически выгодно использовать для перевозки сыпучих материалов самоотвозные земснаряды с хоппером вместимостью около 19,3 тыс. м3, в отличие от используемых в 1980-1983 гг. земснарядов, рассчитанных на перевозку 4,6-7,7 тыс. м3 гравия или песка. Но при этом возникал вопрос, где можно будет использовать эти земснаряды в течение остальных 10 месяцев, так как рабочий сезон в Арктике продолжа­ ется не более 2 месяцев.

Таким образом, роль земснарядов при сооружении берм в условиях Арктики могла быть ограничена по экономическим и технологическим при­ чинам. В конструкторских бюро в 1980-1983 гг. разрабатывались проекты арктических передвижных морских буровых платформ, стоимость которых позволяла им конкурировать с буровыми основаниями, устанавливаемыми на бермах. Теоретически эти платформы могли противостоять воздействию льдов так же, как и любые другие сооружения, построенные по современной технологии. При реализации этих проекгов (при условии, что построенные платформы докажут свою конкурентоспособность), строительство берм мо­ жет значительно сократиться. Кроме того, платформы могли использоваться

вводах глубиной 30 м и более, а для земснарядов, даже оборудованных по­ гружными пульпонасосами, эта глубина являлась предельной.

Однако ожидалось, что, если темпы развития технологии землечерпатель­ ных работ не будут значительно отставать от темпов совершенствования про­ ектирования и строительства платформ, спрос на них будет существовать при выравнивании морского дна даже на глубинах, которые превышают пределы 1983 г. По мнению ряда специалистов, земснаряды могли потребоваться для подготовки площадок под платформы традиционных конструкций, донные опорные плиты и другое буровое оборудование. Предполагалось строи­ тельство компрессорных и гидромониторных установок с дистанционным управлением, которые можно было монтировать на глубинах до 1000 м для выравнивания дна. При этом плавучая землеройная машина превращалась

всложный комплекс из компрессоров, насосов, приборов для подводного контроля и становилась похожа скорее на судно, обеспечивающее водолазные работы, чем на традиционный земснаряд.

Следовало считать, что существование обширных площадей континен­ тального шельфа в водах глубиной не более 300 м, на которых можно было уже в 1983 г. развернуть нефтяные работы, обеспечивало спрос на сооружение берм. В этот период стоимость сыпучего материала, необходимого для строи­ тельства искусственных островов и берм, определялась только затратами на его транспортирование. Если в результате совершенствования технологии проведения землечерпательных работ удавалось снизить затраты на транс­ портирование материала, то организация, выполняющая эти работы, могла установить прочные связи с компаниями, занимающимися строительством морских сооружений, подобные подрядным отношениям, существующим между строительными компаниями и фирмами, производящими земляные работы на суше.

В1980-1983 гг. в разных морских районах использовались различные тех­ нологии проведения землечерпательных работ. На месторождении Хиберниа (у восточного побережья Канады), например, для доставки сыпучего мате­

риала на точку применялись находящиеся в простое сухо1рузы, оборудован­ ные люками для его сброса на морское дно.

Таким образом, в 1983-1984 гг. интенсивно осуществлялась разработка и выбор типа оснований для осуществления бурения на шельфе между остро­ вами и передвижными установками, и по этой причине появлялось значитель­ ное количество проектов, представляемых для обсуждения специалистам.

Так, в 1984 г. американская компания «Эксон» планировала пробурить в море Бофорта поисковую скважину стоимостью 50 млн дол. Для этих целей предполагалось использовать передвижной буровой комплекс компании «Глобал марин», строительство которого в то время заканчивала японская фирма «Ниппон кокан Кей-Кей». Сооружение комплекса предполагали завершить, прежде чем море Бофорта начнет освобождаться ого льда (обычно в августе). Этим обеспечивался запас времени, необходимый для буксировки.

Новый для 1984 г. морской буровой комплекс, предназначенный для Арктики, представлял собой модернизированную платформу типа CIDS, основание которой собиралось из ячеистых бетонных предварительно напря­ женных блоков BRICK (рис. 1.101). Применение блоков BRICK позволяло менять высоту основания платформы в зависимости от Шубины моря. Донная плита выполнялась из стали. На верхней палубе-плашкоуте располагалась буровая установка, на нижней — стандартное палубное оборудование, жилые помещения и т. д. Оснащение платформы оборудованием осуществлялось непосредственно на верфи.

Рисунок 1.101 — О сновн ы е части буровой

м одернизированной платформы CIDS:

1 — стальная донная плита; 2 — блоки BRICK;

3 — палуба-плашкоут

По мнению проектировщиков, применение ячеистых блоков BRICK обеспечивало высокую прочность конструкции основания многоразового использования, способного выдерживать низкие температуры и ледовые на­ грузки Арктики. Основание собиралось из стальных и бетонных блоков. Это позволяло в зоне воздействия ледовых полей использовать бетонные блоки, а в менее критических точках конструкции — более легкие стальные блоки.

Обе модели блочных платформ островного типа CIDS (обычная и модер­ низированная) предназначались для бурения скважин глубиной до 7625 м при глубине моря 11-20 м.

Особенность модернизированной платформы CIDS — стальная донная плита, которая уменьшала скольжение конструкции на слабых грунтах. Плита значительно увеличивала не только опорную площадь платформы (на 75 %), но и ее силу тяжести, так как блоки BRICK с балластом поднимались над уровнем воды выше, чем в обычной модели (без опорной плиты).

После завершения буровых работ модернизированная платформа CIDS могла быть дебалластирована и подготовлена к перемещению на новую точку в течение 48 ч.

Разработанные проекты, представленные выше, постоянно совершенст­ вовались и приближались к реальным условиям. Так, компания «Сохайо» с партнерами пересмотрела план обустройства месторождения «Эндикотг», расположенного в море Бофорта (проект «Дак айленд»/«Сеч делта» описан выше) и представила его на одобрение Инженерной службе США. Согласно новому плану, схема обустройства месторождения, ранее предлагавшаяся компаниями «Сохайо» и «Экссон», упрощалась.

По словам представителя компании «Сохайо» Д. Притчарда, это было вызвано гем, что месторождение «Эндикотг» было отнесено к категории не­ достаточно рентабельных. Первоначальный проект был пересмотрен с точки зрения снижения затрат и объемов работ. Вместо четырех искусственных насыпных островов было решено построить два. На основном нефтегазодо­ бывающем острове планировалось разместить оборудование по подготовке нефти и водозаборные сооружения для системы поддержания пластового давления. С этого острова была пробурена почти половина всех добываю­ щих скважин, остальные — с острова-спутника, расположенного восточнее. Д. Притчард также отметил, что максимальная проектная мощность нефте­ газодобывающего комплекса «Эндикотг» остается прежней — 10 тыс. м3/сут нефти и 17 млн м3/сут газа. Решение о начале работ по упрощенной схеме обустройства было принято в конце 1984 г.

Еще одним вариантом усовершенствования разработанных проектов, рассмотренных выше, является улучшение комбинированного бурового ос­ нования SHADS компании «Сонат оффшор дриллинг».

и строился для одной определенной точки ведения работ, поэтому она должна была выбирагься задолго до начала бурения. Применение SHADS позволяло оператору выбрать место работы в последний момент.

Представители «Сонат оффшор дриллинг» заявляли, что для перемеще­ ния основания в пределах месторождения необходимо всего два буксира, для более дальних перевозок требовалась несложная подготовка. Балластировка SHADS производилась прямым затоплением отсеков, а дебалластировка, занимающая почти 24 ч, осуществлялась путем откачки воды с помощью двенадцати вертикальных турбонасосов.

На SHADS устанавливалось буровое и вспомогательное оборудование в арктическом исполнении. Складские помещения и резервуары рассчиты­ вались на хранение такого количества материалов, которое необходимо для бурения пяти скважин без дополнительного снабжения.

Стационарное оборудование состояло в основном из агрегатов, обеспечи­ вающих функционирование самого основания. Буровая установка, жилые по­ мещения со всеми необходимыми службами, емкости для хранения сыпучих материалов, а также цементировочные агрегаты, каротажное оборудование, установка по обессоливанию выпускались в блочном исполнении, что облег­ чало их монтаж на одной из верхних палуб основания.

Особое внимание при проектировании SHADS было уделено устойчивости и прочности всей конструкции. В результате, характеристики этой установки превосходили все существующие требования организаций, регламентирую­ щих эти параметры.

Осадка SHADS при транспортировании составляла 6,7 м. В конструкции были учтены все лучшие свойства стали и бетона, позволяющие противосто­ ять ледовым нагрузкам и равномерно их распределять. Та часть основания, на которую воздействовал лед, изготавливалась из бетона. Палубы, внутренняя часть и фундаментная плита — из стали. Такая конструкция значительно сни­ жала массу установки и уменьшала осадку при транспортировании. Стальная фундаментная плита обеспечивала гибкость основания (особенно по краям), которая необходима при соприкосновении с неровностями морского дна.

Предполагалось, что SHADS выполнялась из двух частей, которые затем соединялись либо на плаву, либо в специальном сухом доке.

В начале 1984 г. компания «Браун энд Рут» завершала проектирование плавучего арктического основания SAMS компании «Сохайо», начало ис­ пользования которого было намечено на конец лета 1985 г., для ведения поис­ ково-разведочных работ на лицензионных участках в бухте Гаррисон, Аляска. Глубина моря в этом районе изменялась от 12 до 18 м. С основания SAMS островного типа на одной точке можно было пробурить три скважины, для чего были предусмотрены три палубных отверстия. SAMS было рассчитано

на такое количество материалов, которое позволяло веста буровые работы автономно в течение 270 дней.

Сопротивление горизонтальному смещению под напором льдов обеспе­ чивалось 36 сваями, забитыми по примеру основания и водным балластом. Внешний диаметр сваи 2 м, толщина стенок 82,5 мм. Заглубление и извлече­ ние свай из грунта осуществлялось с помощью домкратов.

Район использования SAMS находился между полярными паковыми льда­ ми и береговым припаем. Вода освобождалась ото льда с августа по сентябрь. SAMS подвергался воздействию крупных ледовых полей летом и сплошного ледового покрова зимой. SAMS — восьмиугольная бетонная конструкция кес­ сонного типа с внешним диаметром 105 м, высотой 21,4 м и массой 88 тыс. т. По ее периметру располагался стальной ледоломом высотой 12,8 м и массой 7 тыс. т. Общая масса основания SAMS без материалов составляла 110 тыс. т, полностью подготовленного к работе — 130 тыс. т.

В 1982-1983 гг. продолжалось строительство полупогружных установок. Так, компания «Седко» строила в этот период на различных верфях ЮгоЗападной Азии семь новых полупогружных установок двух классов — 700 и 600. После этого ее флот морских буровых установок насчитывал 42 еди­ ницы (в том числе 27 ППБУ). Таким образом, в мировом флоте плавсредств, предназначенных для буровых работ, компании «Седко» принадлежало 9 % морских мобильных буровых установок, 28% ППБУ, 35% буровых судов, снабженных системой динамического позиционирования.

Три установки класса 700 сооружались южнокорейской компанией «Хиундаи хеви индастриз» на верфи в г. Ульсане. Первая из них — «Седко-711», предназначенная для компании «Бритиш петролеум», — была закончена в но­ ябре 1982 г., а в феврале 1983 г. доставлена на точку буровых работ в Северном море. Строительство ППБУ «Седко-712» закончено в мае, а «Седко-714» — в августе 1983 г. Эта установки предназначались для использования в Се­ верном море компаниями «Филлипс» и «Рейнджер». Четвертая ППБУ этого класса— «Седко-710» — строилась на верфи японской компании «Мицуи инджиниринг энд шипбилдинг» для компании «Петро-Канада», ведущей работы у восточного побережья Канады. Работы были начаты в мае 1983 г.

В 1984 г. в мире использовалось девять ППБУ класса 700. По мнению компании «Седко», эти установки хорошо зарекомендовали себя при работах в таких районах со сложными метеорологическими условиями, как залив Аляска, северный сектор Северного моря и открытые акватории Северной Атлантики. На ППБУ этого класса, имеющей днухпонтонную конструкцию с восемью опорными стабилизирующими колоннами круглого сечения, смонтирована силовая двигательная установка, которая позволяла развивать скорость до 15 км/ч.