книги / Морская нефть. Развитие технологий освоения морских арктических месторождений нефти и газа

количество нефти плотностью 871 кг/м3. В заливе Аляска после того, как было пробурено 11 сухих скважин, работы велись замедленными темпами.

Большой интерес вызывала планируемая на декабрь 1979 г. распродажа штатных и федеральных участков в море Бофорта, севернее месторождения Прадхо-Бей. Ожидалось, что здесь могут быть открыты месторождения, кото­ рые позволят полнее использовать пропускную способность существующего трубопровода фирмы «Алиеска», составляющую 79,5 тыс. м3/сут нефти. Но не предполагалось, что будут открыты крупные запасы, подобные обнаруженным на площади Прадхо-Бей.

Принятие специального юридического решения должно было открыть путь к сдаче в аренду участков вдоль границы моря Бофорта. Предполагалось, что на аукционе в 1979 г. на торги будут выставлены участки, принадлежащие федеральным властям, общей площадью 210 тыс. га. В ожидавши этого аукцио­ на фирмы в течение нескольких лет бурили на уже сданных в аренду участках вдоль берега моря, но о результатах бурения почти ничего не сообщалось. Так, фирма «Сохайо» с 18 партнерами пробурила опорную скважину в море Бо­ форта на острове Рейндир. Ее глубина по вертикали 4420 м, ствол скважины отклонен на 910 м на юго-запад.

Южная часть моря Бофорта является частью северного крыла свода БарроуПрадхо, причем высокопроду!сгивные на месторождении Прадхо-Бей пермские и юрские отложения разрушены эрозией. Основным объектом бурения здесь является клин увеличивающихся по мощности (в северном направлении) об­ ломочных пород мелового и третичного возрастов, а также миссисипских кар­ бонатов Лисбурн. Мощность разреза послеюрских отложений на расстоянии 24 км и более от берега составляет свыше 6100 м.

Сильным стимулом поисков и разработки новых месторождений на Аляске являлось то обстоятельство, что по Трансаляскинскому трубопроводу, помимо 240 тыс. м3/сут нефти с месторождения Прадхо-Бей, можно дополнительно перекачивать еще 80 тыс. м3/сут нефти. Расположенное западнее Прадхо-Бей месторождение Купарук-Ривер, где продуктивным является юрский песчаник, было введено в эксплуатацию в 1982 г. с дебитом нефти 19 тыс. м3/сут. Откры­ тие другого нефтяного пласта (карбонаты Лисбурн) принесло разочарование: первоначально скважины характеризовались большими притоками нефти, но затем их дебит быстро падал.

В 1976 г. фирма «Экссон» открыла новые нефтяные залежи, пробурив сква­ жины «Дак Айленд 1» и «Дак Айленд 2» на Северном склоне Аляски. Сква­ жины бурили наклонно с искусственного насыпного острова, расположенного в море Бофорта, в 800 м от берега. Глубина скважины «Дак Айленд 1» 4100 м. При промышленных испытаниях, проведенных в скважине трижды, был по-

лучей приток нефти от 300 до 410 м3/сут. Скважина «Дак Айленд 2» была пробурена в 1,6 км от «Дак Айленд 1». Дебит при испытаниях колебался от 48 до 175 м3/сут. Согласно расчетам, проведенным по данным исследований продуктивного пласта, каждая скважина в будущем может работать с большим дебитом.

Скважины находились примерно в 16 км к северо-востоку от месторожде­ ния Прадхо-Бей, тем не менее данных о том, что новая залежь является про­ должением этого месторождения, не имелось. Для определения границ нового месторождения и экономической целесообразности его разработки фирма пла­ нировала провести в данном районе дополнительные разведочные работы.

В прибрежной зоне восточнее Прадхо-Бей фирма «Экссон» пробурила тре­ тью скважину на участке Пойнт-Томсон, где в 1977 г. нашли нефть в меловых или третичных песчаниках. В бассейне Колвилл фирма «Шеврон» пробурила две сухие скважины юго-западнее Прадхо-Бей на участке, арендованном у кор­ порации коренного населения Аляски.

На территории национального нефтяного резерва фирма «Хаски НПР оперейшнз» зимой 1976 г. по контракту с правительством пробурила четыре скважины. В соответствии с программой были пробурены еще пять скважин. Скважины, пробуренные фирмой «Хаски», дали непромышленную нефть, не­ большая газовая залежь была обнаружена близ мыса Барроу. Несмотря на это, программа была продолжена и закончена в конце 1979 г.

Геологические и геофизические исследования обширных осадочных бас­ сейнов северной, западной и центральной Аляски выполнялись на участках, которые предоставляла нефтяным фирмам корпорация коренного населения Аляски.

Защитники окружающей среды долгое время препятствовали бурению на участках у берегов Аляски, сданных в аренду в декабре 1979 г. Только в конце 1980 г. суд разрешил проведение здесь работ. Первую скважину «Челлендж-ай- ленд 1» пробурили зимой 1980-1981 гг. с небольшого острова, расположенного в 56 км восточнее месторождения Прадхо-Бей. Был обнаружен песчаник, насы­ щенный углеводородами, но из-за потери циркуляции скважину не испытали. Зимой 1981-1982 г. было намечено пробурить скважины как с естественных, так и с искусственных гравийных островов.

Состоявшийся в октябре 1980 г. аукцион участков, расположенных в вос­ точной части залива Аляска, вызвал мало интереса. Это объяснялось тем, что на сданных в аренду в 1976 г. участках, находящихся в западной части за­ лива, пробурили 10 сухих скважин. После бурения восьми сухих скважин, на землях, сданных в аренду в 1977 г. в заливе Кука, снизился интерес и к этому району.

В1982-1985 гг. предполагалось сдать в аренду участки в шести бассейнах

вБеринговом и Чукотском морях. В бассейне Сент-Джонс и Нортон пробуре­ ны две опорные скважины. В 1980 г. пробурили последнюю из этих скважин глубиной 4475 м. Она находилась южнее Нома. Геологическая информация

орезультатах бурения не была обнародована, но глубина этой скважины, про­ буренной в бассейне Нортон, свидетельствовала о том, что должна быть вскры­ та довольно мощная толща перспективных отложений. В 1982 и 1983 гг. для оценки перспектив бассейнов в Беринговом море было намечено пробурить три скважины. Расходы по бурению этих скважин (ориентировочно 150 млн дол.) поделили между собой 18 фирм.

В1982 г. дорого оценивались участки в море Бофорта у северного по­ бережья Аляски, приобретенные во время аукциона в декабре 1979 г. Этому способствовали успешные результаты, достигнутые в районе острова Челлендж, находящегося в 80 км восточнее месторождения Прадхо-Бей и северовосточнее залива Прадхо, где уже были открыты месторождения Дюк-Айленд

иСаг-Дельта. Скважины бурили с естественных и искусственных гравийных островов. Работы велись медленно из-за трудных условий бурения и возник­ ших юридических осложнений.

В1981 г. на Аляске состоялся только один аукцион морских участков, рас­ положенных в заливе Кука и проливе Шелихова, юго-восточнее Анкориджа. Аукцион вызвал мало интереса, за участки предложили только 4,7 млн дол. Это объяснялось тем, что на первых участках в заливе Кука, сданных в аренду

в1977 г. за 400 млн дол., результаты бурения оказались разочаровывающими. Начиная с 1982 г. Земельное бюро США наметило проводить на Аляске регу­ лярные аукционы и распродавать на них участки в Беринговом море и в море Бофорта (восточнее залива Прадхо).

К 1983 г. ни в одном районе мира не было столь благоприятных перспектив для открытия крупных месторождений углеводородов, как в Арктике. Однако условия для бурения здесь весьма неблагоприятные. Для успешного бурения поисковых и разведочных скважин было необходимо тщательное планирова­ ние работ и точное соблюдение графика. Невнимательное отношение к лю­ бой операции вело к увеличению возможности аварии и резкому повышению затрат. В Арктике ежесуточные затраты на бурение скважины, как правило, составляли 100-150 тыс. дол. (80-е гг.), поэтому следовало по возможности стремиться сокращать время выполнения операций.

Всвязи с этим правильное решение вопросов, связанных с планированием процессов бурения и выполнением графиков работ, обеспечивающих высокую эффективность и значительное снижение затрат в процессе освоения арктичес­ ких месторождений, являлось очень существенным и актуальным.

Технология проведения комплекса работ по освоению нефтегазовых мес­ торождений арктических районов в 1983 г. была разработана на достаточно хорошем уровне и имела изложенную ниже последовательность, представлен­ ную в работах Р. Б. Викери.

Первым этапом работ являлось получение разрешения на бурение, которое выдавали местные власти, администрации штатов и федеральные учреждения. Местные власти требовали представления детальных планов работ, начиная от подготовки к строительству и бурения до окончания или ликвидации сква­ жины и расчистки площадки. К числу федеральных учреждений, от которых зависело получение разрешения, относились геологическое управление США, управление по защите окружающей среды от загрязнения и т. д.

Прежде всего план работ направляли в корпус инженеров США, дейст­ вующий в качестве головной организации. Корпус публиковал сообщение об этом плане и в течение 30 дней ожидал реакции других учреждений. На основе предложенного плана все заинтересованные учреждения и организа­ ции определяли, нет ли каких-либо возражений против проведения бурения по экологическим или другим причинам. Если возражения отсутствовали, то окончательное решение принималось по окончании 75 сут после срока первой публикации Корпуса инженеров. Графики подготовительных работ

ибурения в арктических районах на суше и на море приведены на рис. 2.2

и2.3.

Рисунок 2.2 — График бурения поисково-разведочной

скважины на Северном склоне Аляски в зимний сезон:

1— получение разрешения на бурение; 2 — строительство зимней ледовой дороги и взлетнопосадочной полосы; 3 — эксплуатация зимней ледовой дороги и взлетно-посадочной полосы; 4 — добыча, перевозка и насыпка гравия; 5 — перевозка буровой установки, оборудования и материалов; б — монтаж буровой установки; 7 — бурение; 8 — опробование скважины; 9 — демонтажные работы

Рисунок 2.3 — График бурения поисково-разведочной скважины в море Бофорта со строительством в зимний сезон искусственного острова:

1— получение разрешения на бурение; 2 — строительство зимней ледовой дороги на суше; 3 — строительство дороги на морском льду; 4 — эксплуатация ледовой дороги на суше и на море; 5 — добыча гравия; 6 — выемка льда; 7 — доставка гравия и насыпка гравийного остро­ ва; 8 — работы по защите искусственного острова от размывания; 9 — перевозка буровой установки, оборудования и материалов; 10 — простой из-за миграции китов; 11 — монтаж буровой установки; 12 — бурение; 13 — опробование скважины; 14 — демонтажные работы; а — период, когда море покрыто льдом; б — период освобождения моря ото льда; в— период когда море свободно ото льда; г — период замерзания моря

Материально-техническое снабжение поисково-разведочного бурения

варктических районах Аляски обычно производилось через Прадхо-Бей, где находились перевалочные базы. Оборудование и материалы доставляли

вПрадхо-Бей автомобильным транспортом, баржами или по воздуху. Боль­ шинство подрядных фирм и обслуживающих компаний имели в Прадхо-Бей перевалочные базы.

При проектировании поисково-разведочного бурения необходимо было учитывать, что оборудование и материалы поступают из Прадхо-Бей. Затра­ ты на поисково-разведочное бурение находились в прямой зависимости от расстояния от Прадхо-Бей. Исходя из этого и выбирался вид транспорта или сочетание различных его видов. Оборудование и материалы можно было до­ ставлять на точку бурения автотранспортом, вездеходами, самолетами, вер­ толетами и баржами. Использование автотранспорта возможно было только

втом случае, если предварительно построены гравийные или ледовые дороги. Вездеходы могут обходиться без дорог, но этот вид транспорта весьма дорог,

агрузоподъемность вездеходов невелика. Для приема самолетов необходимо

оборудовать гравийные или ледовые взлетно-посадочные полосы. Доставка грузов баржами может производиться, естественно, только при наличии вод­ ных путей. Выбор оптимального метода перевозки грузов во многом определял сумму общих затрат на бурение скважины.

Где бы ни была выбрана точка заложения скважины — на суше или в море, в зоне прибрежных барьерных островов или за ее пределами — подготовка места бурения каждый раз была связана с решением уникальных проблем и требовала больших затрат.

При выборе точки заложения скважины на суше было необходимо оценить следующие факторы:

-место нахождения точки бурения;

-метод транспортирования материалов и персонала к рабочей площадке;

-время бурения (зима, лето, круглый год);

-место ближайшего расположения источника гравия;

-место нахождения источника пресной воды;

-метод пополнения материальных запасов.

Особо следовало учесть расстояние от пункта перевалки грузов или от ближайшей гравийной дороги до рабочей площадки. Если требовалось строи­ тельство более 80 км зимней дороги или же между гравийной дорогой и точкой бурения имелись значительные преграды (например, реки), то более эконо­ мичным могло быть использование для перевозки грузов самолетов «Геркулес С-130». Строительство зимней ледовой дороги обходилось в 18,8 тыс. дол./км, а поддержание ее в рабочем состоянии — в 188 дол./км в сутки. Транспортиро­ вание груза массой 22,5 т на расстояние в 160 км обходилось в 5500 дол. (цены середины 80-х гг. XX в.).

Подготовка гравийной рабочей площадки под буровую вышку и другое оборудование размерами 90 * 120 м с приямками глубиной 1,5 м для запасов различных материалов требовало около 30,5 тыс. м3 гравия. Добыча гравия обходилась в 39,3 дол./м3, доставка — в 1,25 дол./м3.

К строительству зимних ледовых дорог можно было приступать в конце ноября, их таяние происходило в начале мая. Если скважина не может быть добурена до проектной глубины за один зимний сезон, для доставки грузов использовали самолеты и строили взлетно-посадочную гравийную полосу шириной 30 м, длиной 1370 м и высотой 1,5 м. На сооружение полосы было необходимо около 65 тыс. м3 гравия. Если фирма была уверена, что скважи­ ну можно пробурить за один зимний сезон, а источник гравия поблизости отсутствует, то вышку ставили на искусственно намороженную ледовую площадку. Однако при этом было необходимо использовать буровые уста­ новки последних моделей, имеющих достаточный слой теплоизоляции для

предотвращения возможности таяния ледовой площадки под воздействием тепла, выделяющегося при работе бурового оборудования. При этом дости­ галась значительная экономия средств, однако имелась определенная опас­ ность того, что целостность ледовой подушки нарушится еще до окончания бурения скважины.

Пресная вода для снабжения буровой обычно отбиралась из озер, не про­ мерзающих до дна (глубиной не менее 1,8 м). В озерной воде не должно быть мальков рыб. Можно также было получать пресную воду растоплением снега, однако стоимость такой воды превышала 95 дол./м3. Расход питьевой воды на буровой достигал 300 л/сут в расчете на одного человека. При ускоренной проходке скважины суточное потребление воды на буровой достигало 160 м3, а всего при бурении скважины средней глубины расходовалось около 8 тыс. м3 воды. Потребление воды можно уменьшить, если использовать буровую уста­ новку, оснащенную эффективным оборудованием для очистки промывочного раствора от твердых частиц.

При выборе точки бурения на мелководье вблизи от берега в море Бофорта необходимо учитывать следующее:

-проектное расположение забоя скважины и глубину моря;

-возможность достижения намеченного объекта за счет наклонного буре­ ния с берега или с одного из островов;

-есть ли необходимость в сооружении искусственного острова и как дале­ ко находится источник гравия для строительных работ;

-расположение точки бурения (внутри или вне зоны прибрежных остро­

вов);

-время сооружения искусственного острова (зима или лето);

-характер и направление движения льдов, существуют ли условия для строительства ледовых дорог;

-возможность использования морской воды для бурения;

-местонахождение на берегу ближайшего пункта, пригодного на случай

эвакуации персонала; - необходима ли защита искусственного острова от воздействия льдов.

Если точка конечного расположения забоя скважины не может быть до­ стигнута за счет наклонного бурения с берега или с естественного острова, то необходимо построить искусственный остров. Такие острова сооружали зи­ мой (тогда для подвоза гравия использовали ледовые дороги и автомобильный транспорт) или летом (тогда гравий доставляли на баржах).

В каждом отдельном случае при выборе метода сооружения искусствен­ ного острова учитывали ряд факторов. Считалось наиболее целесообразным вести строительные работы в зимний период. Затраты на сооружение острова

зависели от расстояния между островом и источником гравия. Сначала про­ кладывалась дорога от источника гравия до места сооружения острова. Дорогу строили поверх плавучего льда с использованием легких установок на гусенич­ ном ходу, с помощью которых через лед бурили проруби, из них откачивали морскую воду и намораживали ледовое покрытие по трассе дороги. Ширина дороги, как правило, составляла 45 м, высота 2,1 м. Затраты на сооружение такой дороги обычно составляли около 31,1 тыс. дол./км, а на поддержание ее в рабочем состоянии — 313 дол./км в сут. Проруби бурили на расстоянии 60 м от осевой линии дороги. За один полив наращивался слой толщиной 50-100 мм. Время замерзаний воды зависело от температуры воздуха, поэтому чем холоднее зима, тем быстрее сооружалась дорога. Оптимальной считалась температура около -35 °С.

После завершения строительства дороги до заданной точки наморажива­ лась площадка размером 120 х 760 м и высотой 2,1 м — для складирования льда, отобранного на месте сооружения гравийного острова. Лед кубами с дли­ ной стороны 1,5 м вырезался вначале пилами при использовании траншееко­ пателя, а затем удалялся экскаваторами. Перевозка ледовых кубов осущест­ влялась самосвалами. С края намытой ледовой площадки в образовавшуюся в ледовом поле выемку бульдозерами сбрасывался подвозимый гравий. Ис­ кусственный остров из гравия первоначально насыпали до высоты 0,3 м над уровнем ледового поля.

Затем строили мост с ледового поля на гравийный остров для предотвра­ щения растрескивания льда под воздействием тяжелых машин при переходе их с льда на гравий. На гравийный остров насыпался еще слой гравия, после чего производилась его трамбовка. После завершения сооружения острова создавали запас гравия в объеме 19,1 тыс. м3 для защиты склонов острова от обрушения. В июне, после освобождения моря ото льда, к искусственному острову подводили крановые баржи. Склоны острова укрепляли путем уклад­ ки на них мешков с гравием (вместимость одного мешка 1,5 м3), таким образом предотвращалась эрозия склонов и их размыв. После этого остров был готов к монтажу на нем буровой установки. На рис. 2.4 приведены данные о затратах на строительство искусственного острова.

Выбор точки бурения в море в зоне за пределами прибрежных барьерных островов требовал тщательных исследований возможности там бурения. Раз­ рабатывались техника и технология, позволяющие бурить в глубоких водах в условиях мощных ледовых полей. Предполагалось, что бурение в таких тя­ желых условиях можно вести с применением утяжеленных гравием кессонных островов и других искусственных сооружений. Создание подобного острова обходилось примерно в 100 млн дол., бурение одной скважины — в 50 млн дол.

Хотя затраты огромные, однако они с лихвой могли быть компенсированы, так как перспективы иефтегазоносности данного района считались очень хо­ рошими. Фирмы, которые приобрели здесь участки, надеялись преодолеть все трудности.

Глубина моря, м

Рисунок 2.4 — График затрат на сооружение искусственного гравийного острова в зависимости от глубины моря

(остров строится в заливе Прадхо-Бей в 40 км от источника гравия): 1— общие затраты

Планирование бурения скважин в арктических условиях в общем выпол­ нялось так же, как и в других районах, за исключением того, что учитывался вечномерзлый грунт и суровые условия окружающей среды. При планиро­ вании бурения скважины на суше учитывали ее проектную глубину, геоло­ гические условия, пластовое давление, наличие вечномерзлого грунта, опыт бурения соседних скважин, предполагаемую конструкцию скважины, требуе­ мое количество и сортамент труб, технологию цементирования и промывки скважин, требуемые типы долот и возможные осложнения при бурении, такие как аномально высокие пластовые давления или потеря циркуляции промы­ вочного раствора и т. д.

Хотя планирование бурения скважин в арктических условиях имеет много общего с планированием скважин в других районах, оно характеризуется ря­ дом специфических моментов. Один из важных факторов— глубина скважины, так как она определяет требуемую мощность буровой установки. Большинство установок, действующих на Северном склоне Аляски, могли бурить на самые различные глубины, в том числе весьма большие. Следовало оценить пригод­

ность конкретной буровой установки для бурения данной скважины. Геологи­ ческие условия на Северном склоне Аляски с точки зрения технологии провод­ ки скважин не слишком сложные. От поверхности до глубины 1070 м залегают перемежающиеся пласты песчаника и гравия. Толщина вечномерзлого слоя различная, но обычно она составляет не более 600 м. На глубинах от 760 до 2300 м встречаются перемежающиеся пропластки песчаников и сланцев, про­ ходка которых не вызывает трудностей. Ниже 2300 м отмечается несогласное залегание пластов и геологические условия становятся более сложными. При проводке скважин в районе западнее месторождения Прадхо-Бей встречаются сланцы кингуяк, которые могут осложнить бурение. Интенсивность ослож­ нений зависит от продолжительности времени, в течение которого эти слан­ цы остаются необсаженными. Ниже сланцев залегают отложения сэдлрочит (они продуктивны на месторождении Прадхо-Бей). Еще глубже находятся из­ вестняки лисбюри, при разбуривании которых могут возникнуть осложнения, связанные с поглощением промывочного раствора и возможностью выброса. Ниже известняков лисбюри над девонскими пластами залегают сланцеватые песчаники.

Восточнее месторождения Прадхо-Бей геологический разрез на неболь­ ших глубинах примерно такой же, как западнее этого месторождения. Од­ нако с ростом глубины проявляются резкие различия, обусловленные несо­ гласным залеганием пластов. Примерно в 30 км восточнее месторождения Прадхо-Бей при проводке скважин, как правило, вскрывают зоны аномально высокого пластового давления. Здесь градиент пластового давления может составлять 23 кПа/м, поэтому необходимо применять растворы высокой плотности.

Конструкция поисково-разведочных скважин в середине 80-х гг. в аркти­ ческих районах (рис. 2.5) обычно предусматривала спуск направления диа­ метром 762 мм до глубины 27 м и цементирование его раствором, стойким к воздействию вечномерзлого грунта.

Затем до глубины 240 м спускали 508-миллиметровую колонну. После установки отклоняющего приспособления до глубины 842 м бурили 445-мил- лиметровый ствол, спускали колонну диаметром 336 мм и цементировали ее раствором, устойчивым к воздействию вечномерзлого грунта (с подъемом раствора до поверхности), потом устанавливали трехплашечный превентор на давление 69 МПа и бурили ствол диаметром 310 мм до глубины 3050-3355 м, после чего спускали 245-миллиметровую колонну и пакер. После окончания цементирования пакер открывали и кольцевое пространство между колоннами диаметром 336 мм и 508 мм промывали специальным незамерзающим раство­ ром СаС^ или жидкостью «Арктик пак».