§ 1.1.3. Добування нафти з морських родовищ

У наш час бурхливо розвиваються галузі морської технології, які пов’язані з освоєнням морських нафтородовищ. Якщо в середині 60-х років з морських родовищ було отримано лише 3% світового видобутку нафти, то на початку 80-х років ця величина складала приблизно 30%, і прогнозувалось, що до 2000 року наблизиться до 50%.

Ще на початку 70-х років тисячі нафтових свердловин були розсіяні по Атлантичному океану, від Північного моря до Мексиканської затоки, захоплюючи також води Західної Африки, Аргентини, Бразилії, Колумбії. Разташовувались вони по краю континентального шельфу на глибині 200 метрів або трохи більше. Нафтовики називають ці підводні нафторозробки англійським словом offshore. В 1967 році свердловини відкритого моря дали 16% усієї видобутої на Землі нафти, в 1972 році їх продукція складала 25%, а на 1977 рік прогнозувалось 40%.

Першим кроком в освоєнні морських нафтопромислів стала проходка в 30-х роках свердловин з барж у прибережних болотах і заводях південної Луїзіани узбережжя США. Бурову вишку ставили на кормі або на борту звичайної плоскодонної баржі. Після затоплення водою вона лягала на дно болота, на глибину 2—2,5 метра. Буріння здійснювалось звичайним для континентальних нафтопромислів обладнанням. Ці баржі були прототипом сучасних заглибних платформ, що працюють на глибинах до 30 метрів. Коли існування підводних родовищ було доведене, у заводях і мілких затоках почали встановлювати стаціонарні пальові платформи, які крок за кроком відходили все далі від берега у пошуках нафти. Це привело до розвитку сучасної потужної індустрії морських нафтопромислів.

Вперше буріння у Північному морі було здійснено влітку 1965 року. Перша бурова свердловина у Північному морі досягла глибини 4520 метрів. Свердловина виявилась сухою, тобто нафти у ній не було. Але трохи пізніше нафту виявили неподалік від неї і потім ще в одному місці. На карті ця ділянка майже вся вкрита квадратами і прямокутниками, які позначають концесії. Надра континентального шельфу належать приморським країнам, і вони отримують з концесій 50% прибутку. Така країна, як Норвегія, яка ніколи не мала багато природних ресурсів, бачить тепер своє майбутнє у рожевому кольорі. На 1 січня 1971 року в Північному морі було пробурено 400 свердловин, з них 150 допущені до експлуатації. З тих пір щомісяця з’являються все нові свердловини і нові розробки.

Судна, призначені для пошукового буріння нафтових свердловин на дні океанів, являють собою плавучу платформу. Одне з таких суден — «Іль-де-Франс» — має довжину 50 метрів і водотоннажність 500 тонн. Судно «Іль-де-Франс» було введено в експлуатацію з січня 1966 року. Це судно з коротким і широким корпусом, приблизно трикутної форми, нафтовики називають баржею. Платформа розміщується на чотирьох металевих опорах (решітчасті конструкції типу Ейфелевої вежі) висотою до 60 метрів та ще приблизно такої ж висоти досягає бурова вишка.

Розвідка і експлуатація підводних родовищ нафти — найзнаменніша для океанів подія нашої епохи, їх «великий час». Море, де буріння досягло тепер найбільшого розмаху — це Північне море, холодне і туманне.

Щоб виявити нафту, великі нафтові компанії тримають тисячі наукових працівників, які постійно вивчають за геологічними картами і безпосередньо на місці обширні ділянки суходолу і морського дна. Час від часу хто-небудь з них заявляє: є така-то доля імовірності, що у такому-то місці буде виявлена нафта. Якщо ця ділянка на дні моря, туди направляють пошукову баржу і ставлять над тим місцем, яке вказав геолог. З баржі спускають і закріплюють у грунті змінні опори. Через отвір у платформі (більша частина її палуби має просвіти) опускають бурову трубу, всередині якої поміщується бур. Торкнувшись дна, бур починає обертатися і врізатися в грунт. Зразки грунту підіймають і перевіряють, чи є там сліди нафти. Якщо вони є, платформу переміщують і проводять буріння ще в декількох місцях, щоб мати уявлення про величину і глибину нафтоносного пласта (а також газоносного). Буріння триває від двох до чотирьох місяців, будівництва баржі коштує від 5 до 10 мільйонів доларів. Щоденні витрати під час буріння складають 40 тисяч доларів. Капіталовкладення в одну нафторозробку відкритого моря разом з усім її господарством складають приблизно 1 мільярд 200 мільйонів доларів.

Технології добування нафти з морських та океанічних родовищ

На відносно неглибоких ділянках в арктичних морях експлуатуються стаціонарні металеві платформи високої міцності, серед яких виділяються платформи зі складною багатоколонною системою опори об дно та одноопорні платформи — моноподи. Останні вважаються перспективними, тому що створюють більш безпечні умови експлуатації за рахунок кращої взаємодії циліндричної колони з рухомим льодовим полем, яке завдяки невеликій площі контакту розколюється і обходить платформу, не викликаючи торошіння льоду. Останнє дуже важливо, бо висота торосів досягає 30 метрів, що становить надзвичайно серйозну небезпеку для споруди (торошіння виникає у тих випадках, коли значення відношення ширини споруди до товщини льоду перевищує 15).

Прикладом перспективної конструкції типу «монопод» може бути установка, розроблена вченими та інженерами фірми «Імперіал Оіл» (мал. 1.1.8). Вона призначена для роботи на глибинах до 12 метрів і являє собою трипалубну робочу платформу розміром 24 x 48 м, де розміщується бурове і допоміжне обладнання, що забезпечує буріння свердловин глибиною до 6 км. Платформа монтується на колоні діаметром 9,15 м і висотою 24,4 м, яка опирається на основу діаметром 96,7 м і висотою 7 м, встановлену на морському дні. Маса платформи 15 тис. тонн. У район робіт її транспортують на плаву і встановлюють у спеціальний котлован. Занурення і спливання платформи здійснюється за 12 годин, а на всі операції по переведенню її з робочого стану в транспортний потрібно три доби. Основу захищено від ударів крижин під час транспортування бетонним кільцем товщиною 1,5 м, що слугує також постійним баластом при встановленні платформи на дно.

Мал. 1.1.8. Загальний вигляд платформи типу «Монопод»

Перспективний проект універсальної пересувної платформи цього типу для буріння 32 свердловин при глибині моря до 22 м розроблений вченими фірми «Термо дайнамікс». Конструкція (мал. 1.1.9) виконана у вигляді двох зрізаних конусів повернутих верхівками один до одного. Центральна циліндрична частина платформи і каркас нижнього конуса утворені системою концентрично розташованих сталевих труб діаметром 12 м. Коли платформа встановлюється у точці роботи, порожнини цих труб для надання несучій конструкції більшої міцності і стійкості заповнюються льодом, який отримують заморожуванням морської води. Її нагнітають у камери острова за допомогою чотирьох вертикальних багатоступеневих насосів з подачею по 34 м3/хв, встановлених у центральній трубі. У разі переміщення платформи в іншу точку роботи лід розморожують нагрівальною системою, що забезпечує повне розморожування за два тижні. Мала осадка платформи у плавучому стані (3 метри) дозволяє буксувати її чотирма буксирами потужністю по 5200 кВт, що цілком забезпечують рух зі швидкістю 7,5 км/год при швидкості вітру до 16 м/с. Вартість платформи не перевищує 25—29 мільйонів доларів, що практично дорівнює витратам на спорудження сучасних напівзаглибних платформ.

Мал. 1.1.9. Універсальна пересувна платформа

Набагато складнішою проблемою є ведення бурових робіт у глибоководних районах моря. Разом з тим саме в цих зонах розташовані найбільш перспективні у геологічному відношенні структури.

Перша спроба буріння в цих районах за допомогою звичайного заякорюваного бурового судна була здійснена в 1971 році і виявилась невдалою. В 1973 році французька нафтова компанія сумісно зі своєю канадською філією зробила успішну спробу буріння розвідувальних свердловин між півостровом Лабрадор і Гренландією при глибині моря 183 метри. Було використано судно «Пелікан», обладнане системою динамічного позиціонування над точкою робіт.

Судно довжиною 149 метрів і водотоннажністю 15,5 тис. тонн було побудоване в 1972 році голландською фірмою «IНС» спеціально для робіт в суворих умовах Північного моря. Воно спроможне вести буріння при глибинах моря до 300 метрів, силі вітру до 100 м/год і амплітуді бортової качки 10°. Судно обладнане двома гребними гвинтами регульованого кроку і п’ятьма підрулюючими шахтовими установками, що приводяться в дію дизельними двигунами потужністю по 2500 кВт (мал. 1.1.10). В центральній частині судна розташована робоча шахта розміром 7 x 8,25 м, над якою на робочому майданчику встановлена пірамідальна бурова вишка висотою 44,8 м з гідропневматичним компенсатором вертикальних коливань моделі «Унікод» (хід 4,75 м). На майданчику, крім того, розташовані установка для приготування бурового розчину і цементна станція, а також бурова лебідка потужністю 600 кВт і пульт керування роботою установки. З обох сторін вишки розташовані стелажі для зберігання обсадних і бурових труб, що подаються до робочого місця за допомогою двох кранів вантажопідйомністю 25 і 40 тонн та спеціального механізму транспортування секцій бурової колони. Приготовлений буровий розчин зберігається у трьох цистернах загальною місткістю 143 м3, а його подача здійснюється двома поршневими насосами.

Мал. 1.1.10. Бурове судно «Пелікан» з системою динамічного позиціонування

Для виконання водолазних робіт біля гирла свердловини на судні є водолазний дзвін фірми «КОМЕКС» на шість чоловік і декомпресійна камера. Дзвін опускається через шахту розміром 3,05 x 3,8 м.

Система керування і контролю за положенням судна відносно точки буріння включає дві дублюючі одна одну системи: тросовий інклінометр фірми «Геомеханік» і акустичну систему наведення фірми «Алкател». Точність обох методів така, що дозволяє гарантувати утримання судна у межах кола діаметром, що дорівнює 1% глибини води у точці робіт. Розрахунок зміщень і команд на підрулюючі рушиї здійснюється за допомогою комп'ютера.

Кліматичні умови добування нафти змушують конструкторів розробляти нові зразки морських бурових плавзасобів, спеціально пристосованих до ведення бурових робіт в умовах потужних льодових полів. При цьому основна увага спрямовується на обладнання плавзасобів системами руйнування льодового покриву поблизу корпусу. В залежності від способу дії ці системи поділяються на пасивні та активні.

Типовим прикладом використання більш простого і економічного пасивного способу є проект несамохідної платформи фірми «Дженерал дайнамікс». Тут руйнування оточуючого платформу льоду і виштовхування її з води здійснюється за рахунок сил ваги платформи і сил натягу якірних ланцюгів, які виведені з корпусу нижче льодового покриву. З цією метою корпус платформи виконаний у вигляді двох зрізаних конусів і обладнаний центральною робочою шахтою діаметром 7,6 метра, яка слугує для спуску водовідділяючої колони і гідравлічно керованого превентора і дозволяє вести буріння при кренах корпусу до 15° (мал. 1.1.11). Над шахтою встановлена вишка з компенсатором вертикальних переміщень і роторна бурова установка. На палубі у спеціальних надбудовах розміщені вісім якірних брашпілів з якірними ланцюгами масою 13,6 тонн і довжиною 850 метрів кожна. На другій палубі знаходяться бурові насоси, змішувальні ємкості і цементувальне обладнання. Третя палуба зайнята жилими приміщеннями на 40 чоловік, четверта — складами, п’ята — машинним відділенням, установкою для очистки стічних вод і двома підрулюючими рушиями потужністю по 260 кВт для маневрування над точкою буріння. Загальна водотоннажність платформи 10000 тонн при максимальному діаметрі корпусу 45,7 метра і висоті 16,7 метра. Осадка корпусу складає 12,5 метра, а уклон борта по ватерлінії 57°, що при відсутності вітру забезпечує руйнування льодового покриву товщиною до 1,4 метра. Як припускають, за допомогою такої установки можливо буде виконувати бурові роботи протягом 240 днів на рік, а при використанні допоміжного криголама — протягом усього року. Проектом передбачена можливість відходу з точки робіт протягом п’яти хвилин у разі небезпечної ситуації, тоді як у звичайний час для зняття платформи після завершення буріння необхідно 16 годин.

Мал. 1.1.11. Несамохідна платформа для буріння в Арктиці

Установки активного типу відрізняються більшою конструктивною складністю, високою вартістю і підвищеною енергоємкістю, але зате вони забезпечують можливість проведення робіт у набагато важчих природних умовах. Ідеї, закладені у проекти подібних установок, надзвичайно різноманітні і включають, наприклад, використання нагрівальних систем великої потужності (фірма «Арктик енжинірін енд констракшн») або різання льоду фрезами, що встановлені на колоні, яка поєднує заглибні понтони з надводним робочим майданчиком (фірма «SЕDСО»).

Найбільш близька до реалізації ідея коління льодового поля за рахунок кільової качки корпусу, що застосована на буровому судні, розробленому фірмою «Глобал марін». У носовій і кормовій частинах судна встановлені дві пари цистерн, поєднаних між собою системою трубопроводів і клапанів. Поперемінним закачуванням води у цистерни і її видаленням (за допомогою двох компресорів низького тиску потужністю 2600 кВт кожний) здійснюється поздовжнє розгойдування судна з амплітудою 1,9 метра, що при довжині корпуса 125 метрів і водотоннажності 13655 тонн утворює момент, рівний 150 МН⋅м. Такий момент достатній для руйнування льоду товщиною до 2,5 метра. Судно обладнане буровою вишкою висотою 48 метрів і вантажопідйомністю 604 тонни, вона розрахована на статичне навантаження, що виникає при качці з кутом крену 45° і періодом 10 секунд. Наявна система компенсації вертикальних переміщень судна з ходом 6,1 метра. Всі робочі майданчики ізольовані від зовнішнього середовища і обладнані системами наддуву гарячого повітря. Для утримання судна над точкою робіт застосована якірна система з восьми якорів масою 13,5 тонн кожний. Трьохсотметрові ланцюги якорів виводяться через шлюзи, розташовані під нижньою кромкою льодового поля. Розведення якорів виконується за допомогою двох допоміжних криголамів, а утримання судна над гирлом забезпечується регулюванням довжини і натягу якірних ланцюгів, яке здійснюється лебідками за сигналами акустичних буїв, встановлених на гирловому обладнанні. Сигнали приймають гідрофони, розміщені на днищі судна. Допоміжні криголами, окрім розведення якорів, будуть доставляти матеріали з берегової бази постачання, обладнання якої планується провести у найближчій від району робіт точці берега приблизно за рік до початку буріння.

Всі розглянуті методи організації нафторозвідувальних бурових робіт на арктичних акваторіях грунтуються на заходах боротьби з льодовим покривом і його порухами. Складність конструкції технічних засобів, що застосовуються при цьому, і високий рівень експлуатаційних витрат примушують шукати нові варіанти розміщення обладнання в умовах, коли ріст і рух льодових полів спричиняють на нього мінімальний вплив.

Зокрема, американський консорціум «Панарктик оіл» з 1971 року успішно впроваджує буріння свердловин з штучних льодових майданчиків, створених наморожуванням додаткових шарів льоду на заданих ділянках льодового поля. Першим результатом цих дослідних робіт була проходка в 1974 році свердловини глибиною 938 метрів на ділянці моря глибиною 128 метрів. Операції по підготовці майданчика включали проходку в льоду декількох свердловин, з яких за допомогою насосів загальною подачею 151 м3/год здійснювалась циклічна заливка морською водою колового майданчика, попередньо підготовленого за допомогою шляхобудівної техніки. Кожний наступний шар льоду наморожувався після того, як температура попереднього знижувалась до –5°С. При температурі повітря –35°С вдавалось проводити за добу два цикли наморожування, збільшуючи товщину льоду на 64—89 мм.

За два місяці початкова товщина крижини, рівна 600 мм, була доведена до 3,6 м, що дозволило приймати на неї транспортні літаки «Геркулес» масою 75 тонн і змонтувати бурове обладнання загальною масою 500 тонн, яке включало бурову установку «Кардвел модел А-50» з вишкою висотою 29,5 метра і трициліндровим грязьовим насосом «Оіл-вел РТ-350». Свердловини бурились трубами діаметром 89 мм, підводне гирло з'єднувалось з робочим майданчиком водовідділяючою колоною діаметром 253 мм, що допускала зміщення бурової установки відносно підводного гирла в межах 5% глибини моря.

Найважливішим елементом установки було теплоізолююче покриття, завдяки якому температура льоду під буровою установкою підтримувалась у межах –10°С. Свердловина була пройдена за 42 дні. За цей період горизонтальне зміщення льоду склало лише 0,6 метра, а вертикальне — 0,5 метра. Проходка свердловини коштувала 2 мільйони доларів, з них 500 тисяч доларів витратились на будівництво льодового майданчика. Ці витрати приблизно у п’ять разів менші тих коштів, які були б необхідні при бурінні цієї свердловини з борту судна.

Альтернативою варіанту буріння з льоду є розміщення бурової установки безпосередньо на дні моря. Найбільш вдалий проект жилої бурової підводної станції розроблений за завданням Наукової ради Канади вченими та інженерами американської фірми «Тетра текнік». Станція складається з базової платформи, що встановлюється у спеціальному котловані на морському дні, до якого вона заякорюється за допомогою 12 бурозаливних паль (мал. 1.1.12). На платформі розміщений робочий майданчик, що обертається, з трьома герметичними корпусами і циліндричною герметичною буровою вишкою, яка обертається навколо горизонтальної осі.

Мал. 1.1.12. Жила бурова станція для буріння у підводному положенні

Всі ці споруди об’єднані в єдиний комплекс системою шлюзових переходів. У корпусі вишки розміщується роторний буровий верстат, автоматична система спуско-підйомних операцій і стелажі з запасом бурових, обсадних і обважнених труб. Корпус бурової вишки заповнений стиснутим повітрям під тиском, рівним забортному в точці робіт.

Керування механізмами здійснюється дистанційно з пульту, який розташований у центральному робочому корпусі. У цьому корпусі, що заповнений повітрям при атмосферному тиску, знаходиться також машинне відділення, що забезпечує електроенергією всі системи установки. Сусідній корпус — жилий і, звичайно, також наповнений повітрям при атмосферному тиску. Третій корпус розділений палубою на два поверхи: у верхньому розміщені склади глини і хімічних реагентів, у нижньому — енергетична установка. До центрального корпусу кріпляться гнучкі напрямляючі, зв’язані з надводною базою, через яку за допомогою транспортної капсули у підводну станцію постачаються необхідні матеріали, а також виконується зміна робочого персоналу. У надводній базі розміщуються повітрозабірники, від них по шлангу повітря потрапляє у жилі приміщення станції. Окремий шланг слугує для відводу відпрацьованих газів.

Існують і інші варіанти проектів дистанційно керованих установок.

Необхідно відмітити, що у всіх нафтодобуваючих країнах триває безперервний процес удосконалення технічних засобів і методів роботи, що використовуються у морі. Разом з тим розробляються принципово нові типи обладнання, призначені як для вже освоєних, так і для знов розвіданих районів.

Деякі схеми добування нафти з морських родовищ наведені на мал. 1.1.13.

Мал. 1.1.13. Схеми плавучих бурових установок

X

Вхід

Завантажую...