книги / Освоение малых морских месторождений
..pdfмое удерживающее усилие, то можно использовать анкерные сваи.
Кабель должен обеспечивать высокую надежность по усталост ной характеристике. Если вследствие какой-либо причины на тяжная линия порвалась, то опасность для опорной конструк ции не возникнет. Это объясняется тем, что при проектировании заложена большая надежность системы в целом.
Испытания показали, что усталостные характеристики зажи мов и линии натяжения вполне удовлетворительны.
Упругая сила волны
Система заякоривания позволяет башне колебаться вместе с волнами, В результате усилие, передаваемое на систему заякорнвания, значительно меньше, чем в случае жесткой конструк ции. Относительная скорость перемещения частиц волны и соору жения меньше абсолютной скорости перемещения частицы волны.
Глава 6
ПОДВОДНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПОДВОДНЫМ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ СИСТЕМАМ
Подводную технологию можно использовать на любых мор ских месторождениях независимо от глубины моря. Принимая ре шение о применении подводной технологии вместо других, более традиционных методов разработки месторождения, следует об ратить внимание на следующие вопросы:
1.Цель применения подводной технологии вместо традицион ных методов разработки месторождения.
2.Осуществимость проекта.
3.Надежность в плане обеспечения непрерывности добычи.
4.Обслуживание — стоимость поддержания нефтегазодобы
вающей системы в нормальном рабочем состоянии и возможность проведения ремонтных работ при появлении неисправности.
5.Безопасность — защита людей, запасов углеводородов и окружающей среды.
6.Экономические аспекты.
План разработки морского месторождения с помощью подвод ной технологии следует принимать после изучения всех вышепере численных аспектов. План должен обеспечивать окупаемость зат рат на его реализацию. Применение подводной технологии, как и применение традиционных методов разработки морских место рождений, будет зависеть от глубины моря, размеров месторож дения и индивидуального плана его разработки.
172
В о з м о ж н о с т ь п р и м е н е н и я п о д в о д н о й т е х н о л о г и и
Подводная технология в следующем десятилетии будет занимать промежуточное место между традиционными и новыми методами разработки морских месторождений. Новые методы могут включать использование элементов, опробованных в промыс ловых условиях, однако эти элементы составляют меньшинство по сравнению с неопробованными.
Введение подводной технологии в новые проекты следует осуществлять поэтапно, с тем чтобы не нарушить их техническую надежность и экономическую рентабельность. При разработке но вых проектов путем экстраполяции старого опыта не следует одновременно вводить несколько этапов новой технологии. Если для разработки конкретного месторождения требуется приме нение нескольких этапов подводной технологии, то следует раз делить проект разработки на несколько отдельных ступеней. Каждая ступень может включать умеренную экстраполяцию существующей технологии. При проектировании подводных систем следует рассмотреть возможность применения модульного принципа, предполагающего деление системы на компоненты, каждый из которых можно изготовлять и эксплуатировать неза висимо от других.
Для создания оптимальной эксплуатационной системы, характеризующейся равновесием между надводными и подвод
ными компонентами, необходимо располагать большим выбором надежных компонентов. Это позволяет осуществлять поэтапный подход при разработке и испытании подводных систем в рам ках традиционной программы, а также вводить элементы новой технологии с минимальным риском и максимальной безопасностью и надежностью.
Надежность подводной технологии
Проблема обеспечения надежности — одна из наиважнейших при применении подводной технологии, поскольку инспекция под водного оборудования затруднена, а его обслуживание и (или) замена требует больших затрат. Кроме того, отказ подвод ного оборудования непосредственно влияет на состояние окру жающей среды. И наконец, подводное оборудование должно обеспечивать непрерывность добычи и окупаемость капитальных вложений.
Чтобы свести к минимуму подводные операции, важно обеспе чить извлекаемость компонентов подводного оборудования для инспекции, ремонта или замены. В этой связи необходимо за ложить в подводные системы принцип частичного дублирования, который служил бы гарантией непрерывности добычи. Поэтому модульные системы должны проектироваться с включением стан дартных компонентов, проходить надлежащие испытания и изго тавливаться со строгим контролем качества (рис. 6.1 и 6.2).
и — вертикальное соединение ц0й |
|
МЕ1 0 Г0 КЭнал ьны« кабель: Я —. спус |
й _ |
?. #. 9 — модули соответственно СКК°* чИс^п“3аимиое расположение модулей: f — ннжний модуль: 2
вЬК:<>Ной *Монт' 4 — верхний модуль: 5 — коннектор; 6 — мандредь. * с редней и низкой потребностями в обслуживания
10
Рис, €.2, Модуль системы:
о |
— с к о л ь з я щ и й м о д у л ь : б — гор и л л е га л ь н о е |
соединение |
модулей: |
/ — с та п и о п а р н ы й м о д у л ь : |
|||
2 . В — коннектор: В — с к о л ь з я щ и й |
м о д у л ь : |
4 - |
направляющее о с н о в а н и е : |
6 — |
м о д у л ь 3; 7 • м о д у л ь 2: |
||
fl |
уплотнительная пластина; 9 |
- З а ж и м ; |
10 |
о п о р н а я п л и т а ; |
// — м о д у л ь |
1 |
|
Одним словом, для обеспечения надежности подводных систем следует сочетать творческую изобретательность с осторожным применением новых идей. Девизом должна быть простота, а целью — надежность, а не техническая элегантность решений.
О б с л у ж и в а н и е п о д в о д н о г о о б о р у д о в а н и я
Как говорилось выше, проблема обслуживания подводного оборудования тесно связана с обеспечением его надежности. Обслуживание подводных и любых других систем основывается на одних и тех же принципах* Использование модульных систем предполагает применение опробованных компонентов, что поз воляет извлекать их и заменять новыми. Однако в любой системе имеются уникальные, предназначенные только для данного месторождения компоненты. Они не извлекаются и служат в течение всего периода разработки месторождения. Другие части системы могут оказаться неисправными и потребовать ремонта или замены. Здесь, в принципе, возможны два подхода. Первый подход — обеспечение высокой надежности этих компо нентов подводной системы. Второй подход заключается в проек тировании системы таким образом, чтобы в случае отказа одних компонентов их функции могли взять на себя другие компоненты. Необходимо также расширить доступ к подводному оборудованию водолазов и манипуляторов для прове дения обслуживания и ремонта. Характер обслуживания подвод ных систем, наряду с результатами анализа их рентабельности, должен учитываться при решении вопроса о применении подводной технологии.
Безопасность
В основу создания проектов разработки морских месторож дений с применением подводной технологии положены те же принципы безопасности, которые используются применительно к надводным системам* Главное — защита людей, скважин, угле водородных залежей, окружающей среды и нефтегазопромысло вых сооружений.
Подводные работы всегда связаны с риском* В частности, водолазные операции во многом зависят от надежности сложных обеспечивающих систем, а все подводные системы, по срав нению с надводными, характеризуются отдаленным расположе нием и трудностью обслуживания.
В связи с вышеуказанным, особое внимание должно уделяться качеству проектирования подводных систем, с тем чтобы обеспе чить их надежность и безопасность эксплуатации в течении всего периода разработки месторождения. Кроме того, при изготовле нии подводного оборудования следует применять только высоко качественные материалы. Особое внимание нужно обратить на материалы, способные противостоять коррозии и другим воздей ствиям окружающей среды. Высокое качество материалов должно дополняться высоким техническим уровнем работ на этапе изготов ления оборудования.
Применяемая подводная технология должна обеспечивать контроль пластовых параметров, темпов отбора нефти и возмож-
175
ность проведения пластовых исследований. Исследования продух* тивного горизонта необходимы для достижения полного истощения пласта. Соображения безопасности, защиты окружающей среды и оптимального контроля пластовых параметров могут вступать в противоречие с принципом простоты конструктивных решений. Проект подводной системы должен обеспечивать надежность оборудования наряду с простотой и эффективностью его обслу живания. Создание оптимального варианта предполагает наилуч шее сочетание подводных н надводных компонентов нефтегазодо бывающей системы.
ОБЗОР ПРОЕКТОВ ПОДВОДНОЙ ДОБЫЧИ
Проект «Закум»
Осуществление проекта подводной добычи «Закум* началось в августе 1969 г., когда была забурена скважина, и продолжалось до апреля 1972 г., когда подводная система была законсервирова на и нефть из скважины с подводной устьевой арматурой начала поступать непосредственно на близлежащую платформу. За этот период были опробованы подводное эксплуатационное оборудова ние различных видов и разные подводные операции (рис. 6.3). Осуществление проекта имело целью:
1, Обеспечить добычу нефти с помощью подводных методов. 2. Накопить опыт применения подводного оборудования и под водных методов нефтедобычи для дальнейшего их использования
при разработке морских месторождений.
5
f Ю
Рис. 6.3. Схема подводной нефтедобычи |
по |
проекту «Закум»: |
/ •- подводная скважина < двумя устройствами |
для |
приведения в действие клапанов и бликами |
питания; 2 |
основной блок Питания; 3 — трансформатору. 4 — генератор радиосигналов; 5 радио |
связь: И. 9 |
— трубопровод; 8 — кабель, Ю — сепаратор |
176
|
|
|
Т а б л и ц а 6.1 |
Период Кремоны |
|
Основные |
работы |
Август -октябрь 1969 г. |
бурение к заканчивай не подводкой скважины |
||
Январь— март 1970 г. |
Первая серия |
канатных работ |
|
Ноябрь 1969 г.— август |
Изготовление |
и установка |
основного оборудования |
1970 г. |
Ввод в эксплуатацию |
|
|
Август—декабрь 1970 г. |
|
||
Декабрь 1970 г.—декабрь Эксплуатация |
и оценка эффективности |
||
1971 г. |
|
|
|
Январь—февраль 1971 г. |
Вторая серия канатных работ |
||
Март—апрель 1972 г. |
Консервация подводной системы |
||
Врамках проекта были опробованы такие виды оборудования
итакие операции, которые охватывают практически все аспекты подводной нефтедобычи. Помимо основного эксплуатационного
оборудования (устьевая арматура, клапаны, выкидные линии и т. п.), в программу исследований входил целый ряд вспомога тельных систем (сепараторы* источники электроэнергии, контрольно-измерительные приборы, водолазные системы и т. п.) и операций.
Полный перечень оборудования и операций включал: устьевое оборудование; сепараторы нефти и газа; системы сброса газа;
устройства для регулирования работы клапанов; контрольно-измерительные приборы и системы связи; источники электроэнергии и системы ее распределения; трубопроводы и манифольды; канатные работы; водолазные работы; вспомогательное судно.
Условия эксплуатации подводной системы «Закум» были дос таточно благоприятными. Глубина воды не превышала 20 м, что позволило выполнять операции по установке н обслуживанию оборудования с привлечением водолазов. Кроме того, основная береговая база находилась недалеко от центра проводившихся работ (остров Дас), что также облегчало условия эксплуатации. Тем не менее благодаря проекту «Закум» был накоплен значитель ный опыт проведения подводных операций, который оказался по лезным при больших глубинах и в более суровых условиях.
В период с августа 1969 г. по апрель 1972 г. работы распределя лись следующим образом (табл. 6.1).
Пластовые параметры
Исследования пластовых параметров, проведенные в рамках проекта «Закум», позволили сделать следующие выводы. Глубина залегания продуктивного горизонта и его характеристики влияют на способ разработки. Например, при неглубоком залегании
12— Зак. 300 |
177 |
пласта может потребоваться бурение с платформы нескольких наклонно направленных скважин с большим углом отклонения от вертикали. В этом случае более дешевой может оказаться раз* работка месторождения с помощью подводной технологии.
Подводные методы можно также применять при разработке изолированных участков с несколькими скважинами, поскольку строительство платформ для небольшого числа скважин нерента-
бельно.
Эксплуатация подводной скважины на небольшой глубине не представляла особых трудностей, если не считать затрудненности доступа при ее обслуживании. Одним словом, нет причин, по ко торым нельзя было бы эксплуатировать подводные скважины на большой глубине. Необходимо только внести соответствующие из менения в подводные системы и операции с поправкой на глубину.
При реализации проекта «Закум» пришли к выводу, что капи тальные вложения в разработку нефтяного месторождения с по мощью подводных методов (включая отдельные скважины) мень ше, чем при использовании отдельно стоящих конструкций даже в неглубоких водах. По мере увеличения глубины преимущества подводного заканчивания возрастают. Однако эксплуатационные расходы увеличиваются. Кроме того, для обеспечения заплани рованной нефтеотдачи может потребоваться бурение дополнитель ных скважин. Сократить эксплуатационные расходы можно за счет максимального упрощения подводной технологии. Такие операции, как регулирование потока, сепарация и другие, должны по воз можности переноситься на центральную платформу. Отдельно рас положенные подводные скважины могут иметь в некоторых слу чаях только автоматическое безаварийное предохранительное ус тройство для открытия и закрытия скважины.
Подводное устье
Применение подводного устья при реализации проекта «Закум» не вызвало никакихпроблем. В течение всего периода эк сплуатации добыча была стабильной. Устьевая арматура была за ключена в кожух, который обеспечивал защиту устья и облегчал проведение канатных работ.
Опыт эксплуатации показал, что можно разработать надеж ную систему добычи из подводной скважины на глубинах, до ступных для водолазов (до 150 м).
Применение подводного устья позволило сократить капиталь ные вложения, которые были бы значительно больше при исполь зовании стационарной платформы. С увеличением глубины эконо мия будет еще значительнее.
Относительно эксплуатационных расходов можно сказать, что простая подводная эксплуатационная система экономически вы годна в неглубоких водах (30 м).
Сепараторы нефти и газа
Применительно к сепарации проект «Закум» ставил целью определить возможность отделения газа в подводных условиях и дать оценку различным методам проведения сепарации. При соз дании подводной селарационной системы озабоченность вызывает
восновном следующее:
1.Процесс сепарации как таковой (он немногим отличается
от обычного и поэтому не вызывает серьезных проблем), 2. Система управления и оборудование, обеспечивающее ее ра
боту, например энергоисточники (от них зависит работа сепа ратора).
3.Установка сепаратора на морском дне и подсоединение его
кнефтедобывающей системе {должна предусматриваться возмож ностью подъема сепаратора при необходимости проведения серь езного ремонта или по окончании срока эксплуатации).
4.Мелкие операции по обслуживанию и ремонту системы (в основном, ее контрольно-управляющей части).
Чтобы определить эффективность возможно большего числа подходов и вариантов, были рассмотрены две концепции подводной сепарации.
а
|
_ |
м , __________________ & |
_______А ___* |
|
|
|||
Рис. 6-4. Сепаратор нефти и газа: |
|
|
|
|
||||
и |
»тапы установки системы А: 6 — то же системы |
Б; / - «корна* Н сгпарацконная |
секции соединены |
|||||
и |
один блок и гптоны х буксировке |
на точку, 2 — установке |
системы к* |
морском |
дне; 3 — систем и |
|||
н^хпднтся |
в рабочем |
положении; |
4 — система и |
плавучем |
состоянии, |
5 — погружение системы; |
||
Н |
система в рабочем |
положении |
|
|
|
|
|
|
12* |
!79 |
Система А (рис. б.4,а) представляет собой установку, состоя щую из двух компонентов. Тяжелая якорная секция обеспечи вает необходимую устойчивость всей системы на морском дне и подсоединение линий для отсепарированных нефти и газа. От дельная секция с флотационной системой включает сепарационную емкость и контрольно-управляющее оборудование.
Для установки системы на морском дне якорную секцию за крепляют под селарацнонной секцией и буксируют на точку, где эту секцию отсоединяют и спускают на морское дно с помощью четырех лебедок, установленных на сепарационной секции. Затем балластная цистерна якорной секции полностью заполняется водой. Балластная цистерна сепарационной секции заполняется водой так, чтобы после этого секция сохраняла лишь неболь шую плавучесть. С помощью лебедок эту секцию спускают вниз и соединяют с якорной секцией. Затем все балластные системы полностью заполняют водой и подсоединяют линии нефти и газа. Установка готова к эксплуатации. Извлечение сепарационной секции осуществляется в обратном порядке.
Система управления (регуляторы подачи жидкости, распреде лительные клапаны и предохранительная система) помещается в колоколообразный кожух, который заполняется морской водой. Мелкий ремонт и обслуживание осуществляют в колоколе водо лазы. Для проведения некоторых операций морская вода вытесня лась из колокола сжатым воздухом, и работы выполнялись в «сухих» условиях.
Работа описанной системы во многом зависела от проведения водолазных работ. Одна из задач проекта как раз и заключалась в определении эффективности обслуживания системы управления и приборов с помощью работающих на точке водолазов. Поэтому данная система была признана пригодной к установке только на средней глубине (150 м). Ее обслуживание и эксплуатация на глубине, превышающей 50 м, были признаны дорогостоящими. Од нако несмотря на эти ограничения, приобретенный опыт оказался полезным для дальнейшего развития подводной технологии.
Система Б (рис. 6.4,6) представляет собой цельную конструк цию. Сепарационная емкость монтируется на полом основании, которое обеспечивает плавучесть при буксировке. Такая конструк ция отличается неустойчивостью, поэтому имеет два поплавка, которые закреплены на стрелах, шарнирно соединенных с се парационной емкостью. Для обеспечения необходимой устой чивости установки положение поплавков регулируется следующим образом:
1.Когда установка находится на поверхности воды, поплавки занимают горизонтальное положение.
2.При нулевой плавучести или полном погружении установки поплавки поднимаются вверх над сепаратором.
3.При полной балластировке установки, когда она стоит на
морском дне, поплавки находятся в крайнем нижнем положении и полностью заполнены водой.
180
Установка системы на точке достигается путем погружения за счет регулирования плавучести и положения поплавков. Подъем осуществляется с помощью тех же операций, проводимых в обрат ной последовательности.
Система управления (силовая установка, распределительные и предохранительные клапаны) размещается в передвижной капсу ле, что облегчает ее подъем для ремонта и обслуживания. Д ля обеспечения надежности операций по подъему и спуску кап сулы особое внимание уделялось проектированию соединительного узла, с помощью которого капсула присоединяется и отсоединя ется от системы Б.
В перспективе можно разработать глубоководную технологию, по которой установку н подъем системы можно осуществлять с помощью дистанционного управления. Однако в рамках проекта «Закум» водолазам отводилась решающая роль в эксплуатации еепарационной системы и проводившихся наблюдениях.
Сравнение двух сепарационных систем
При реализации проекта «Закум» сравнивались два способа установки и подъема селарациокной системы, а также два ва рианта обслуживания системы управления.
Кроме того, объектом изучения стала сама система управления, как наиболее вероятный источник проблем в процессе эксплуа тации.
Системы А и Б проектировали и изготовляли разные подряд чики в соответствии с предложенными концепциями. Обеим фир- мам-изготовителям было разрешено в рамках этих концепций использовать свои идеи, которые могли оказаться полезными при проведении подводных операций. Таким образом, фирмам была предоставлена большая самостоятельность.
Опыт применения системы А показал, что она легко устанав ливается и поднимается на поверхность, хотя двухкомпонентная конструкция создает дополнительные сложности. При хорошем уп равлении и контроле сепарационная емкость работала удовлетво рительно, однако система управления оказалась неудачной. Выяв ленные недостатки можно охарактеризовать следующим образом:
1. Система пневматического управления не исключала утечек нефти и была подвержена коррозии из-за применения природ ного газа.
2.Система регулирования уровЕчя имела только регулятор включения—выключения и была подвержена внешней электричес кой интерференции; в то же время она сама служила источником такой интерференции, разрушая другие электрические системы.
3.Электрическая система, с помощью которой осуществлялся контроль за работой оборудования и приведение в действие ме ханизмов планового и аварийного отключения, оказалась нена дежной из-за низкого качества подводных электрических
разъемов.
181