Разработка подводных месторождений нефти
Подбор терминов: Евгений Бартов
В то время как ресурсы нефтегазовых месторождений, открытых на суше, исчерпываются, освоение месторождений континентального шельфа создает основу обеспечения мировой экономики углеводородным сырьем на долгие годы. Именно поэтому в последние десятилетия мировой рынок предъявляет повышенный спрос на оборудование для морской добычи. Возникают новые центры оффшорной деятельности, увеличивается глубина, на которой возможна добыча нефти и газа.
Конструкции буровых платформ, пройдя эволюцию от неподвижных бурильных установок до разнообразных типов мобильных передвигающихся платформ, позволяют сегодня добывать нефть и природный газ на глубинах от 300 м до 3 км, принимать на борт и хранить тысячи тонн топлива, работать в морях с ограничениями по гидрометеоусловиям, обслуживать одновременно несколько десятков скважин.
Для определения буровых платформ, эксплуатируемых в море, существует устоявшийся термин – оффшорные конструкции [offshore structures]. Комплексная буровая структура, помимо оборудования для бурения скважин, добычи нефти или природного газа из подводных месторождений, может также включать оборудование для хранения добытых ресурсов, жилые помещения, рассчитанные более чем на сотню человек, и сложную систему самообеспечения. В зависимости от характеристик месторождения, а также от глубины, на которой находится цель бурения, конструкции платформ могут значительно различаться.
Первый факт бурения в море датируется 1869-ым годом, патент на оффшорный проект буровой установки для работы на мелководье одним из первых получил T. F. Rowland. Поставленные на якорь четыре опорные башни установки напоминали современные конструкции морских платформ. Первая скважина в открытом море, вне видимости суши, была разработана в Мексиканском заливе после Второй мировой войны в 1947 году. Примерно в это же время – 40-е годы XX века – на территории Азербайджанской ССР в Каспийском море была заложена буровая платформа «Нефтяные камни», по сей день являющаяся самой масштабной морской платформой в мире, по сути, – целым городом на воде.
Буровая платформа-город «Нефтяные камни»
Сегодня количество действующих нефтяных платформ в Мировом океане составляет около полутора тысяч. На рисунке 1 обозначены основные районы разрабатываемых шельфовых нефтегазовых месторождений [offshore oil-and-gas fields]. С развитием технологий процессы бурения и добычи на все большей глубине становятся не только осуществимыми, но и рентабельными.
Полная автономность добывающей нефтяной платформы обеспечивается установленными на ней генераторами энергии и опреснителями воды. Однако практически все большие платформы обслуживаются небольшими судами поддержки, в основном выполняющими функцию снабжения. Другие возможные вспомогательные функции – буксировка [towing] платформы к месторасположению, резервное место спасения людей, принятие противопожарных мер. Существуют также чрезвычайные суда поддержки, которые привлекаются непосредственно в аварийных ситуациях, при вынужденных спасательных операциях.
Оснащение платформ предусматривает возможность доставки добытых ресурсов на берег с помощью берегового трубопровода [onshore pipeline, shore pipe line], либо плавающего нефтехранилища [floating oil storage] или грузового танкера [oil tanker].
Технологические элементы, необходимые для обеспечения процесса нефтегазовой добычи, включают производственные коллекторы, сепараторы (распределители), гликолевые дегидраторы для осушки природного газа, газовые компрессоры, насосы для нагнетания воды в пласт, измерители экспорта нефти/газа и мощные насосы основной линии добычи.
В состав подводной части оборудования входит предохранитель выбросов [blowout preventor], устанавливаемый на морском дне. Эта система препятствует просачиванию в воду нефти или газа, используется в процессе добычи всегда, в том числе, при бурении на суше. В типах конструкций, основание которых не прилегает непосредственно к поверхности морского дна, над предохранителем располагается водоотделяющая колонна [marine riser], которая простирается от дна до самой платформы. В корпусе колонны размещаются лифтовая или насосно-компрессорная шахта, по которой нефть/газ выкачиваются к поверхности, буровое долото и другое технологическое бурильное оборудование. В этом случае конструкция колонны разрабатывается достаточно гибкой, чтобы согласовываться с поверхностными передвижениями буровой платформы. Специальный тип скользящих шарнирных креплений колонны позволяет подводной части оборудования быть независимой от перемещения или вращения платформы на поверхности моря.
Современная оффшорная установка имеет около трех десятков добывающих каналов (буровых устьев [wellheads]) (рис. 2); может обрабатывать одну крупную скважину или служить центром разработки многочисленных скважин.
| главный вентиль | master valve |
| переходник головки лифтовой (насосно-компрессорной) колонны | tubing head adapter |
| подвеска лифтовой колонны | tubing hanger |
| головка лифтовой колонны | tubing head |
| лифтовая колонна | production tubing |
| муфта обсадной колонны | casing bowl or spool |
| подвеска обсадной колонны | casing hanger |
| вход для обратного трубного вентиля | port for casing valve |
Технология наклонного бурения позволяет получить доступ к подводным резервуарам нефти, расположенным на различных глубинах, и на расстоянии от платформы, достигающем 8 километров. Все многообразие типов оффшорных платформ и установок можно в целом разделить на две основных группы:
— стационарные морские буровые и добывающие платформы [offshore drilling and production platforms], которые имеют постоянное месторасположение, жестко укреплены на океанском дне или заякорены в зависимости от глубины, на которой ведется добыча;
— передвижные морские буровые установки [moveable offshore drilling rigs], которые могут перемещаться и быть использованы при разработке ряда месторождений, а также для исследовательских и вспомогательных работ.
Большие стационарные платформы чрезвычайно дороги; их установка осуществляется тогда, когда запасы месторождения достаточны, чтобы оправдать затраты. Передвижные установки чаще используются в разведывательных целях для бурения исследовательских колодцев. В случае обнаружения крупных месторождений углеводородов рассматривается вопрос о том, какой тип оборудования позволит сохранить необходимый уровень рентабельности процесса добычи; часто выгодным решением является установка стационарной платформы. Одни из самых крупных стационарных оффшорных платформ расположены в Северном море, где погодные условия диктуют необходимость в конструкциях, способных противостоять ветрам силой более чем 90 узлов (морских миль в час) и волнению моря до 21 метра.
Основные типы стационарных платформ
Схема на рисунке 4 дает представление относительно того, на каких глубинах может идти добыча углеводородов, а также показывает, что в основе различия типов и возможностей стационарных платформ лежат разные конструкции их подводной части.
Некоторые типы платформ соединяют в себе черты стационарных и передвижных установок. Например, добывающие стационарные системы, которые включают передвигающиеся полупогружные буровые конструкции (на рис. 4 этот совмещенный тип платформ условно обозначен как «г»), или платформы типа jack-up, конструкция которых учитывает как способность мобильно менять место эксплуатации, так и механизм опускающихся стальных опор, укрепляющихся непосредственно в морском дне на время буровых работ.
Неподвижная платформа [fixed platform]
На глубинах, не превышающих 400-450 метров, существует возможность непосредственного укрепления платформы на морском дне [sea floor]. В случаях небольшой глубины иногда не возникает необходимости в дополнительных креплениях, вес всех составляющих буровой конструкции настолько велик, что она может просто опираться на собственную массу (рис. 4 «а»). Подобные типы оффшорных конструкций разрабатываются с расчетом на долгосрочное использование. Подводная основа [drilling template], соединяющая разрабатываемый участок морского дна и верхнюю надстройку [drilling platform], таким образом, одна из наиболее значимых частей оборудования стационарной платформы. Как правило, она представляет собой стальную или железобетонную конструкцию разных типов с выходами, количество которых зависит от числа разрабатываемых скважин.
Основание буровой доставляется непосредственно в место над участком бурения, затапливается [lower] в требуемое положение с использованием технологии GPS и цементируется в углубление, подготовленное на морском дне. Укрепленное между дном и платформой основание, помимо точного местоположения бурения, учитывает также перемещения платформы на поверхности, которые неизбежны из-за влияния ветра и волнения моря.
Сегодня при конструировании основания буровой используется ряд материалов: сталь, железобетон, а также комбинации стали и бетона. Для создания оснований буровых со встроенными нефтехранилищами часто выбирают кессон [caisson]. Кессонные конструкции [Condeep — Concrete Deep Water Structure] относятся к гравитационному типу подводных оснований, поскольку обладают характеристиками плавучести. Это позволяет сооружать их сразу в море, недалеко от берега (для этих целей подходят защищенные и достаточно глубокие заливы), затем буксировать на исходную позицию расположения платформы и погружать на морское дно. Стальные корпуса изготавливаются, как правило, на суше, буксируются к месту эксплуатации, опускаются в воду вертикально подъемным краном и укрепляются на морском дне.
Существует множество проектов неподвижных платформ. Главное преимущество этого типа – устойчивость, благодаря жесткому креплению на морском дне они менее других подвержены смещениям под влиянием ветра и водных масс. Ярким примером этого типа может служить платформа Hibernia, расположенная в 315 км к востоку от острова Ньюфаундленд (Канада) на глубине моря около 80 м (рис. 5). Месторождение включает два нефтяных бассейна раннего мелового периода – Hibernia и Avalon, залегающих на глубинах около 3700 и 2400 метров соответственно. Запасы углеводородного сырья составляют приблизительно 3 миллиарда баррелей.
Конструкция установки в данном районе океана должна быть достаточно мощной, чтобы выдерживать возможное столкновение с айсбергом весом в миллион тонн (вероятность данного происшествия существует один раз в 500 лет), а также прямой удар от айсберга весом шесть миллионов тонн (вероятность этого события составляет раз в 10 000 лет). Для подводного основания платформы Hibernia разработана специальная гравитационная подводная часть [GBS – Gravity Base Structure] весом в 450 000 тонн. Представляет она собой 105,5-метровое основание кессонного типа, сконструированное с использованием высокопрочного бетона, прошитого стальными решетками и стянутого натяжными тросами, создающими дополнительную прочность. Основание защищено противоледной конструкцией [icewall] из 16-ти бетонных зубцов [concrete teeth].
По структуре противоледная стенка [icewall] толщиной 1,4 метра состоит из двух слоев: внешний представляет собой систему X- и V-образных перекрытий толщиной 0,7-0,9 метра, передающих нагрузку на внутреннюю часть ограждения [interior tiewall]; внутренний слой имеет толщину менее 0,9 метра. Подводное основание платформы сверху и снизу ограничено и укреплено круглыми горизонтальными пластинами.
Нижняя базовая пластина[slab] в диаметре составляет 108 метров, верхняя поднимается на 5 метров над уровнем моря. Внутри гравитационной структуры находятся нефтяные хранилища [storage tanks], рассчитанные на 1,3 миллиона баррелей сырой нефти. От нижней базовой пластины сквозь гравитационную структуру основания проходят четыре шахты или колонны, которые поддерживают другие внутренние сооружения, а именно – вспомогательная шахта [utility shaft], шахта трубопроводных стояков [riser shaft] и два эксплуатационных буровых отсека [drill shaft].
Каждая из них имеет 17 метров в диаметре и 111 метров в высоту. Вспомогательную шахту также называют шахтой инженерных коммуникаций или шахтой систем обеспечения; она содержит автоматическое оборудование, необходимое для работы системы гравитационного основания, сеть трубопроводов [pipework], систему отопления и кондиционирования воздуха, а также электрическое управление [heating and air-conditioning and electrical controls]. Две буровые шахты содержат 32 добывающих канала (устья) [drill slot], уходящих к залежам нефти на глубину до 3700 метров ниже уровня моря [below sea level].
Верхние сооружения [topsides, topside facilities] Hibernia имеют расчетную мощность 23 900 куб. м/д, включают пять основных модулей: производственный (обрабатывающий) [processing super-module], модуль с устьями скважин (приустьевой) [wellhead super-module], шламовый [mud super-module], коммунальный [utilities super-module] и жилое помещение [accommodation super-module], в котором могут разместиться 185 человек, а также семь верховых конструкций: вертолетная площадка [helideck], факельная стрела [flareboom], эстакада для труб [piperack], основная и вспомогательная спасательные станции [lifeboat station], два буровых модуля [drilling module].
37 000-тонная комплексная верхняя часть платформы транспортирована баржами в глубокие воды и установлена над шахтами гравитационного основания, частично погруженными. Затем законченная 600 000-тонная платформа была отбуксирована на свое окончательное место эксплуатации и с помощью твердого балласта [solid ballast] весом в 450 000 тонн укреплена на дне.
Нефть, хранящаяся в недрах подводного кессонного основания Hibernia, вывозится при помощи системы морской отгрузки [offshore loading system, OLS], состоящей из подводного трубопровода [subsea pipelines], подводного буя [subsurface buoy], гибкого нефтеналивного рукава [flexible loading hose] и регулярно курсирующих грузовых нефтяных танкеров [shuttle tanker].
Пункт загрузки танкеров для обеспечения дополнительной безопасности расположен в двух километрах от платформы. Hibernia обслуживают три 127 000-тонных танкера – Kometik (рис. 7), Vinland и Mattea, грузовместимостью 850 000 тонн каждый.
Платформа с основанием типа «гибкая башня»
[Compliant Towers]
Данный тип оффшорных установок является разновидностью неподвижной платформы, однако их подводная часть представляет собой более легкую и гораздо более узкую конструкцию, сужающуюся ближе к верхней части (рис. 8).
В отличие от прочного основания неподвижной платформы, гибкая башня позволяет платформе работать на значительно больших глубинах, подвижная структура компенсирует основную часть воздействия ветра и моря. При этом смещения платформы достигают всего 2 % по вертикали и около 10 % – по горизонтали. Несмотря на свою компактность, более простую конструкцию и подвижность, гибкое подводное основание платформы способно противостоять условиям урагана.
Платформа типа TLP [Tension Leg Platform]
Платформа с натяжным вертикальным якорным креплением или TLP-конструкция удерживается в точном месте эксплуатации с помощью системы натянутых тросов [tension legs or tendon], сгруппированных по периметру основания (рис. 4 «д»). Натяжные элементы служат достаточно жесткими опорами – имея низкую осевую эластичность, они практически исключают вертикальное смещение платформы [motion], однако допускают возможность горизонтального смещения до 6 метров, благодаря чему платформа противостоит силе океана, не повреждая опор.
Такой тип креплений и фактическое отсутствие вертикальных смещений платформы позволяют напрямую прикреплять устья скважин [wellbay] к скважинам с помощью жестких труб [rigid riser]. Устья в этом случае размещаются на палубе платформы [deck], а не на морском дне, что делает процесс бурения скважин более дешевым и обеспечивает лучший контроль над процессом добычи. Для сооружения подводных оснований TLP используются в основном плавучие материалы, наиболее часто – железобетонные кесонные корпуса. TLP-установки могут работать на глубинах до 2100 метров.
Платформа типа «морская звезда»[Seastar Platforms]
Платформы Sea Star, по сути, являются миниатюрным вариантом TLP-платформ, с похожей системой крепления к морскому дну. Состоят из плавающей полупогружной буровой установки, основание которой снабжено по периметру лучевыми железобетонными опорами, напоминающими лучи морской звезды (рис. 9). Нижний корпус основания во время бурения заполняется водой, платформа частично притапливается, это увеличивает ее устойчивость относительно влияния ветра и движения воды.
Для закрепления установки в определенном местоположении конструкция Sea Star включает систему натяжных якорных оснований-опор [tension leg], используемую в TLP-конструкциях. Платформы Sea Star могут работать на глубине до 1050 метров и обычно используются для небольших глубоководных месторождений [deep-water reservoirs], когда установка крупной стационарной платформы менее выгодна. Примером платформы TLP-Sea Star, может служить морская нефтедобывающая платформа Marco Polo, эксплуатирующаяся в Мексиканском заливе и расположенная в 325 км к югу от Нового Орлеана (рис. 10), глубина воды – около 1300 метров. Эксплуатация Marco Polo началась в апреле 2000 года, платформа принадлежит и обслуживается компанией Anadarko Petroleum.
Вес корпуса или нижнего основания платформы [hull] составляет 5750 тонн, водоизмещение – 27 500 тонн, допустимая полезная нагрузка – 14 000 тонн, при ширине в 104 метра (рис. 11).
Общая высота основания – около 59 метров, в условиях работы осадка достигает двух третей от этой высоты. Корпус поддерживает верхние надстройки [topsides], состоящие из трех уровней. Вес надстроек составляет 6300 тонн; в условиях работы – 7260 тонн. В индивидуальных каютах [quarters] жилого модуля могут разместиться 26 человек. Максимальная производительность составляет примерно 120 000 баррелей нефти и 90 миллионов кубометров газа в день. Платформа заякорена [anchor] при помощи восьми натяжных элементов [tendon] диаметром около 70 см и толщиной стенки около 3 см. Натяжные элементы прикрепляются к дну свайными основаниями [piles] размером 117 метров, диаметром в 190 см и толщиной стенки свыше 5 см. В распоряжении платформы находятся шесть производственных трубопроводов с двойной обсадкой [dual casing production risers], а также два трубопровода для внешнего транспорта, диаметрами 35 и 46 см. Предусмотрены также шесть установочных входов для возможной установки в будущем 12-ти сборных подводных трубопровода.
Добытые ресурсы передаются на берег посредством целой системы многокилометровых трубопроводов, пролегающих по дну Мексиканского залива на глубине от 530 до 840 метров и соединенных между собой в сеть. Газопровод Marco Polo вливается в существующую систему Anaconda Gathering System, ее емкость составляет 96 миллионов кубометров газа в день, с возможностью расширения до 129 миллионов кубометров. Нефтяной 35-сантиметровый стальной трубопровод Marco Polo соединяется с трубопроводом Allegheny, (соединение имеет производственную мощность в 120 000 баррелей нефти в день), затем – с нефтяным трубопроводом Poseidon и вливается в систему Cameron Highway.
Плавающие нефтедобывающие системы
[Floating Production Systems]
Плавающие системы выделены в отдельный тип исключительно в связи с технологическими особенностями самого процесса добычи углеводороводов.
Основу их могут составлять как обычные полупогружные платформы, оснащенные буровым и нефтедобывающим оборудованием и закрепленные в районе месторождения с помощью массивных якорей, так и буровые суда, также имеющие оборудование законченного цикла добычи [production system] и закрепленные с помощью динамической системы расположения [dynamic positioning system].
Отличительной особенностью при эксплуатации системы является положение буровых колодцев. Когда бурение скважины закончено, добывающий колодец или буровое устье размещается на дне океана, а не на платформе (рис. 4 «г»). Извлеченная нефть транспортируется по трубопроводу из устья на производственное оборудование, которое находится уже на основной платформе. Эти нефтедобывающие системы могут работать на глубинах до 1800 метров.
Подводная добывающая система
[Subsea (production) System]
Подводные системы – это нефтегазовые установки, расположенные прямо на морском дне. Они не выполняют функцию разведки и бурения, а устанавливаются только для того, чтобы извлекать и транспортировать добытые ресурсы. Могут являться составной частью Плавающей нефтедобывающей системы, как было описано выше. Их установка необходима и более дешева в случаях, когда разведанное некрупное месторождение выгоднее «прикрепить» к уже действующей стационарной нефтяной платформе (рис. 12).
| стационарная платформа | shallow-water platform |
| трубопровод и кабели | Flowline & Umbilicals |
| устья скважин | Wellheads |
| подводный центральный коллектор | subsea manifild |
Бурение скважин производится в этом случае, как правило, с помощью передвижной буровой установки, и, вместо дорогой стационарной платформы, на месторождении устанавливается постоянная подводная добывающая система, которая включает центральный коллектор (рис. 13) и буровые устья по количеству разрабатываемых скважин.
Извлеченная нефть и природный газ могут транспортироваться по трубопроводу к ближайшей стационарной платформе. Таким образом, этот тип оффшорных установок позволяет одной стационарной крупной платформе обслуживать многочисленные скважины на достаточно большой территории шельфа. Подводные добывающие системы используют на глубинах, не превышающих 2100 метров.
SPAR-платформы[Spar Platforms]
Платформы с подводным основанием цилиндрического типа относятся к самым крупным оффшорным установкам, а также к самым современным технологическим решениям для глубоководной добычи. Эти огромные сооружения состоят из большого цилиндра или штанги [hull], поддерживающей типичную верхнюю надстройку буровой. Цилиндрическое основание не простирается до дна, а укреплено на плаву с помощью кабелей и тросов, выполняет задачу стабилизации платформы, учитывая ее перемещения на воде (рис. 14).
Способ укрепления SPAR-платформ на морском дне очень похож на систему заякоревания платформ типа TLP, но без использования жестких негнущихся тросов. Первая SPAR-платформа Neptune со сплошным цилиндрическим основанием, размерами 231 метр в длину и 21 метр в диаметре, была установлена в Мексиканском заливе в сентябре 1996 года на глубине 580 метров. На сегодняшний день разработано три варианта конфигурации цилиндрического основания (рис. 15):
- традиционный – корпус, состоящий из одного сплошного цилиндра;
- связка цилиндров, где центральная секция – это элемент, соединяющий верхний жесткий плавучий корпус с нижним мягким резервуаром, содержащим постоянный балласт;
- ячеистое основание, корпус которого собран из отдельных цилиндрических элементов.
Цилиндрическое основание более экономично при установке небольших и средних по размеру буровых установок, чем основание типа TLP. Из-за большого обеспечиваемого противовеса SPAR-основание имеет гораздо более высокую стабильность. Таким образом, отсутствует необходимость поддержки системы крепления к морскому дну в постоянном жестком вертикальном состоянии.
Более того, с помощью системы цепных лебедок SPAR-платформа способна горизонтально перемещаться над территорией месторождения. Это одно из лучших технических решений для морской добычи на больших глубинах, его развитие и модернизация продолжаются. Пока еще в отношении платформ этого типа употребляются термины «первая в мире».
Обратимся к примеру первой и пока единственной в мире платформы с ячеистым цилиндрическим основанием [cell spar floating production facility] – Red Hawk, созданной компанией Kerr-McGee (рис. 16) и установленной в одном из наиболее «густонаселенных» платформами регионов – в Мексиканском заливе, на глубине 1600 метров. Примерный объем ресурса месторождения составляет около 75 миллиардов кубометров природного газа.
Преимущества ячеистого SPAR-основания платформ – сравнительная легкость в изготовлении и гибкая структура конструкции. Подводный корпус Red Hawk имеет длину 168 метров, из которых 50 метров возвышаются над уровнем моря. Верхняя часть корпуса сформирована следующим образом: шесть полых труб, диаметром 6 метров каждая, окружают седьмую в центре. Конструкция обеспечивает высокую плавучесть корпуса. Трубы тесно соединены вместе структурной сталью, содержат резервуары переменного балласта, а также дополнительные полые ячейки. Окружены винтовыми стальными полосками [helical strakes], которые подавляют внешнюю вибрацию на воде [vortex-induced vibration]. Средняя секция корпуса состоит из трех расширяющихся цилиндрических труб и связывает жесткую верхнюю часть [hard tank] и нижнюю килевую [keel tank].
Структура включает также горизонтальные пластины, ослабляющие вертикальные колебания. Нижняя секция, или киль, содержит постоянный балласт – магнетит [magnetite].
Red Hawk имеет мощную якорную систему, состоящую из шести одинаковых раздельных якорей 5,5 метров в диаметре и 24,5 метров длиной, снабженных цепными подъемными устройствами.
Самое мощное грузовое устройство, работающее в Мексиканском заливе, было использовано для перемещения основания Red Hawk весом 7200 тонн с баржи на воду и его установки (рис. 17). Верхняя надстройка платформы весит 3600 тонн, состоит из трех палуб: главной [main (top) deck], производственной [production (middle) deck] – обе размерами 34 x 40 метров, и палубы основания [spar deck] размерами 22,5 x 27 метров.
Передвижные оффшорные буровые установки[Moveable Offshore Drilling Rigs]
Вторая большая группа оффшорных буровых установок делится на постоянно перемещающиеся и те, перемещение которых связано только с необходимостью разработки очередного месторождения. В целом, эти конструкции являются сравнительно более дешевыми.
Буровая баржа[Drilling Barges]
Установка обеспечивает, в основном, первый этап разработки месторождения – бурение скважин. Используется, главным образом, на месторождениях, расположенных внутри континента – в устьях рек, озерах, болотах, каналах и на мелководье. Буровые баржи не имеют собственного хода и не в состоянии противостоять сильному движению воды в ситуации открытого моря. Буксируются с места на место специальным судном.
Самоподъемная платформа типа Jack[Jack-Up Rigs]
По видам работ, способу перемещения, а также форме и структуре производственной платформы этот тип установок подобен буровой барже, часто является как раз бывшей модернизированной буровой баржей. Конструкцию отличает наличие трех или четырех опор [legs], способных опускаться и упираться в дно во время осуществления работ (рис. 18).
Такое техническое решение не исключает заякоривания установки, но позволяет производственной рабочей платформе находиться над поверхностью воды, не касаясь ее, что является более безопасным положением. Переделанные баржи Jack-up являются наиболее редко используемыми среди передвижных установок; очевидное ограничение для проведения работ – это глубина воды, которая не должна превышать 150 метров. В качестве примера самоподъемной установки рассмотрим платформу месторождения Siri. Нефтедобывающий центр Siri, разрабатываемый компанией Statoil, располагается в северо-западной части датского сектора Северного моря, приблизительно в 220 км от берега. Трехопорная самоподъемная платформа [three legged jack-up standing] весом 10 000 тонн установлена на глубине 60 метров на стальном подводном нефтехранилище [steel subsea storage tank] объемом в 50 000 куб. м и оснащена добывающим технологическим оборудованием и жилым модулем [living quarters] (рис. 19).
Служит объединенным производственным центром для трех близко расположенных месторождений Siri, Nini и Cecilie. Общие запасы составляют примерно 60 миллионов баррелей нефти, залегают на глубине 2070 м ниже морского дна. Области Nini и Cecilie снабжены отдельными добывающими автоматическими платформами без обслуживающего персонала [unmanned platforms], но с вертолетными палубами. Необработанное сырье по трубопроводам с автоматических рабочих платформ поступает на платформу Siri, в производственной части которой выполняется заключительный этап отделения добытых углеводородов.
Подводное нефтехранилище Siri имеет размеры 50 на 60 м и 17,5 метров в высоту, способно вместить до 315 000 баррелей нефти. Построено за 5 месяцев компанией Daewoo, затем, вместе с 5500-тонным балластом, методом сухой буксировки был доставлено в Норвегию, а следом – в район эксплуатации для установки в основание платформы Siri. Состоит из основного резервуара и трех отдельных отсеков, расположенных вокруг шлангов опоры и служащих для контроля угла наклона и глубины во время погружения хранилища на морское дно. Опоры Siri cделаны из сверхпрочной стали длиной 104 метра 3,5 м в диаметре и весом по 800 тонн каждая. Толщина стенок опор колеблется от 65 до 110 мм, верхние части имеют подъемные отверстия [pin-in-hole] диаметром 540 мм с интервалом в 1,75 мм. Каждая опора установлена как самостоятельная единица с трубопроводом, расположенным внутри и уходящим на 13 метров вглубь подводного нефтехранилища. Во избежание утечки пространства между стенками опор и трубопроводом зацементированы [grouted].
Самоподъемная система [jacking system] состоит из трех отдельных гидравлических подъемников для каждой из опор платформы. Размеры корпуса плавучего бурового основания – 50 на 60 метров и 6,7 метров в высоту. Оборудование верхних надстроек объединено в 500-тонные модули и включает хранилища для воды и дизельного топлива, электротехнические помещения [electrical rooms], основное хранилище [general storage], вентиляционные помещения [ventilation] и рубку связи [communication rooms]. В носовой части [bow of the hull] расположены конструкции, защищающие добывающее оборудование. Навесные жилые модули располагаются на противоположной части платформы. В обычных условиях платформой управляет коллектив из 21 человека, в отдельных случаях жилые помещения могут вместить до 60-ти. Ожидаемый срок эксплуатации самоподъемной оффшорной конструкции на месторождении Siri – 7-10 лет, после чего она может быть использована повторно.
Погружная буровая установка [Submersible rig]
Буровые установки, способные погружаться в воду, также используются для работ на небольших глубинах. Представляют собой платформы с двумя корпусами [hull], помещенными друг на друга. Верхний корпус включает жилые помещения для команды, как на обычной буровой платформе. Нижний – выполняет роль похожего устройства подводной лодки – когда платформа перемещается с места на место, он заполняется воздухом, обеспечивая плавучесть установки. По прибытии на участок бурения, воздух из нижнего корпуса выпускается, и буровая установка погружается на дно моря или озера. Несмотря на высокую мобильность, ограничение по использованию установки составляет, опять же, предельно допустимая небольшая глубина выполнения работ.
Полупогружная буровая установка [Semisubmersible rig]
Распространенный общий тип оффшорных буровых установок, сочетающий преимущества погружных конструкций со способностью проводить буровые работы на глубине более чем 1500 метров. Имеют опоры, обеспечивающие плавучесть платформы, а также большой вес для того, чтобы оставаться в вертикальном положении. При передвижении полупогружная установка использует тот же принцип, что и предыдущий рассмотренный тип конструкций, с помощью закачивания и выкачивания воздуха из нижнего корпуса. Основное различие состоит в том, что при выпускании воздуха полупогружная установка притапливается частично, не достигая морского дна, остается на плаву. Устойчивость, достигаемая заполнением нижнего корпуса водой во время буровых работ, а также укреплением тяжелыми 10-тонными якорями, гарантирует безопасность эксплуатации платформы в бурных морских водах. При необходимости ее также можно удерживать на одном месте с помощью активного рулевого управления. В качестве примера такой конструкции рассмотрим уникальную добывающую платформу Na Kika, принадлежащую компании Shell. Она устойчиво заякорена на комплексе месторождений примерно в 260 километрах к юго-востоку от Нового Орлеана. Скважины пяти независимых нефтяных месторождений разного размера на глубинах 1740-2100 метров – Kepler, Ariel, Fourier, Herschel и E. Anstey и газового месторождения Coulomb присоединены к центральной полупогруженной платформе Na Kika, а также связаны между собой (рис. 20, 21).
Сооружения разработаны для переработки 128 миллионов кубометров газа и 110 000 баррелей нефти в день. Отдельная разработка каждого из месторождений была признана экономически не выгодной, поэтому для этой, самой глубоководной в мире группы месторождений, была создана сложная подводная добывающая система, благодаря которой центральная платформа Na Kika получила прозвище – «король-осьминог» [octopus god].
Платформа установлена на четырех квадратных стальных колоннах размерами 17 метров в ширину и 43 метра в высоту. Основание весит 20 000 тонн и обеспечивает водоизмещение в 64 000 тонн. Верхние производственные площадки платформы имеют размер 100 на 87 метров, с учетом центрального пустого пространства 40 на 35 метров. Включают четыре основных модуля: жилые помещения, рассчитанные на 60 человек, технологическую часть, восточный и западный приемные терминалы [receiving module]. 16-опорная система крепления [mooring system] платформы к морскому дну состоит из цепей [chain], тросов [wire rope], присасывающихся заборных) свай [suction pile], проволочных канатов [], растянутых на расстояния 2000-2500 метров от платформы.
Буровое судно [Drillship]
Буровые суда не требуют буксировки к месту работ, разработаны специально для бурения глубоководных скважин, хотя обладают меньшей устойчивостью, чем полупогружные платформы. В составе оснащения имеют весь набор оборудования обычного крупного океанского судна. Активное управление кораблем, основанное главным образом на GPS устройствах, предоставляет возможность проводить буровые операции [drilling operations] непосредственно с корабля только в пределах площади, на которой его перемещения не будут мешать процессу бурения. Нижний корпус судна оборудован электрическими двигателями, обеспечивающими движение судна в любом направлении. Якорная система, позволяет судну, оборудованному производственной, хранилищной и отгрузочной площадками, вращаться вокруг вертикальной оси, для того, чтобы, при наличии ветра, его воздействию была подвержена минимальная площадь. Буровая шахта [moonpool] проходит сквозь корпус судна, расширяясь к низу; буровые колонны [drill string] уходят от нее в глубину. Техническое оборудование и силовые установки расположены на палубе, а добытая и очищенная нефть до того, как ее загружают в челночные грузовые танкеры, хранится в резервуарах корпуса.
Рассмотрим структуру такой установки на примере бурового судна Terra Nova (рис. 22), участвующего в разработке одноименного месторождения, открытого компанией Petro-Canada в 35 километрах от Hibernia, близ острова Ньюфаундленд.
Нефтяной запас оценен в 406 миллионов баррелей.
При наличии небольших глубин (90-100 метров) этот район характерен сезонным присутствием ледяных масс от 0,5 до 1,5 метров толщиной, а также плавающими айсбергами [floating sea ice].
Поэтому система добычи включает подводную добывающую установку, расположенную на дне и связанную с буровым судном при помощи гибкого трубопровода [flexible flowline]. Для защиты от айсбергов подводные добывающие установки размещают в специально вырытых на дне моря колодцах (см. схему на рис. 23).
При оценке рабочей стабильности всей системы учитывалось влияние сотен тонн льда в зимний период. Предусмотрена возможность управления процессом оледенения [ice build-up] оффшорных средств обслуживания с помощью жидкостей, имеющих гораздо более низкую температуру замерзания, а также специальной тепловой изоляции гибкого трубопровода. Terra Nova имеет двойной корпус и 3000 тонн дополнительной стали, чтобы противостоять столкновениям с айсбергами и защитить процесс производства.
Существенная особенность – в случае критической ситуации судно способно быстро отсоединить якорную систему и переместиться, что повышает безопасность рабочих.
Terra Nova имеет длину 280 метров и ширину 45 метров. 9000-тонное производственное оборудование установлено на 4,5 метра выше главной палубы, способно производить 150 000 баррелей нефти и 38 кубометров газа в день (рис. 24).
Емкость для хранения нефти в нижней части судна может вместить 900 000 бареллей нефти. Из нефтехранилища Terra Nova сырая нефть с помощью разгрузочной системы [offloading system], расположенной на кормовой палубе, экспортируется в челночные нефтяные ледостойкие танкеры [ice-strengthened shuttle tanker] при волнении до 5 метров.
Плавающие гостиницы[Flotels]
Как правило, это небольшие полупогружные платформы, переделанные под флотируемые. Они присоединяются к крупной добывающей платформе длинным проходом и служат своеобразным дополнительным приспособлением, используемым для разных нужд. Часто единственным их предназначением является размещение команды рабочих, обслуживающих основную платформу нефтегазового производства.
Технологические плавающие единицы производства и хранения [Floating Production & Storage Units]
Данные установки являются либо переделанными, либо построенными целенаправленно для выполнения своей задачи, которая состоит в разработке совсем небольших скважин и месторождений, где нерентабельно использовать большие установки с командой и системой трубопроводов. Они присоединены к морскому дну, добывают нефть и хранят ее, пока танкер не забирает добытые ресурсы.
Заключение
Технологический процесс извлечения веществ под чрезвычайным давлением в агрессивной окружающей среде подразумевает серьезные риски – воспламенение газа, нефтяные утечки, загрязняющие морскую воду, землю и подземные воды. По этим причинам к нефтегазовому производству предъявляются высокие экологические требования, закрепляемые международными законами.
В июле 1988 года в результате газовой утечки, взорвалась одна из оффшорных платформ, расположенных в Северном море, погибло 167 человек. После несчастного случая участилась практика размещения жилых помещений на отдельных морских гостиничных платформах, устанавливаемых далеко от производственных. Появились морские буровые установки, управляемые на расстоянии многих сотен километров от берега, с нечастым посещением команды рабочих. Однако и это не обеспечивает полную безопасность. В марте 1980 года плавающая гостиница опрокинулась во время шторма в Северном море, унеся 123 жизни.
Практика частичного уничтожения оффшорных буровых установок грозит аварийными ситуациями для судов, пересекающих территорию расположения остатков нефтегазовых производств или ведущих рыболовную деятельность, с риском зацепиться за сооружения сетями. Из материалов, представленных в прессе, можно сделать вывод, что будущее оффшорной нефтегазовой промышленности связывается специалистами с освоением месторождений, расположенных в еще более глубоководных областях (более 1000 метров). К тому же, как показывает практика, более глубокие области имеют тенденцию к содержанию больших ресурсов, делая, таким образом, задачу экономически выполнимой, несмотря на увеличение стоимости глубоководных работ.
Оставить сообщение