Морские нефтегазовы сооружения

Лекция 7

Тема: Морские нефтегазовы сооружения.

План: 1. Особенности разработки морских месторождений нефти и газа.

           2. Инженерно-геологические изыскания.

           3. Искусственные острова.

1. Особенности разработки морских месторождений нефти и газа.

Морское бурение ведется почти в 70 странах и охватывает шельфы всех континентов. К 2000 г. открыто более 3000 морских нефтяных и газовых месторождений. В разработке находилось почти 2000 месторож­дений. Наиболее интенсивно развивалось бурения в Северном море. Уско­ренными темпами развивается техника и технология глубоководного буре­ния и добычи нефти и газа. Имеются суда, с которых можно бурить сква­жины в водах глубиной до 2500 м.

Почти все морские месторождения, эксплуатируемые в настоящее время, разрабатываются со стационарных платформ. Рекордная глубина установки платформ - более 300 м. Известны проекты платформ на глуби­ны более 300 м.

В 1970-1980 годах в Северном море установлены железобетонные платформы, удерживаемые на дне моря огромной собственной массой. Перспективными являются проекты и конструкции стационарных плат­форм упругого типа, платформ, закрепляемых оттяжками, и платформ с натяжными опорами.

Рекомендуемые материалы

Другая решаемая в настоящее время проблема - размещение устьево­го оборудования непосредственно на дне моря. За последние 20 лет этот метод расположения оборудования устья скважин зарекомендовал себя положительно.

В последнее время возрос интерес к разработке месторождений в се­верных и арктических условиях шельфовых зон, которые слабо изучены, и требуются точные данные об окружающей среде. Самые большие пробле­мы в морских акваториях Северного Ледовитого океана связаны с ледовы­ми условиями и глубинами вод. Эти районы характеризуются многообра­зием условий работы, ледовой обстановкой, глубиной морских течений, рельефов местности и др. В будущем каждый район следует рассматривать отдельно, необходимо детально изучать условия месторождений в конкрет­ном районе, для которого будут разрабатывать соответствующую технику и технологию их освоения.

Освоение морских нефтяных и газовых месторождений корен­ным образом отличается от разведки и разработки их на суше. Большая сложность и специфические особенности проведения этих работ в море обусловливаются окружающей средой, инженерно-геологическими изы­сканиями, высокой стоимостью и уникальностью технических средств, ме­дико-биологическими проблемами, вызванными необходимостью производ­ства работ под водой, технологией и организацией строительства и экс­плуатации объектов в море, обслуживанием работ и т.п.

Особенностью континентального шельфа нашей страны является то, что 75 % акваторий расположено в северных и арктических районах, кото­рые продолжительное время покрыты льдами, а это создает дополнитель­ные трудности для промышленного освоения. Окружающая среда характе­ризуется гидрометеорологическими факторами, определяющими условия проведения работ в море, возможность строительства и эксплуатации неф­тепромысловых объектов и технических средств. Основные из этих факто­ров: температурные условия, ветер, волнения, течения, уровень воды, ледо­вый покров морей, химический состав воды и др. Учет этих факторов дает возможность оценить их влияние на экономические показатели поисково-разведочных работ и морской добычи нефти и газа. Строительство мор­ских нефтепромысловых сооружений требует проведения инженерно-геологических изысканий морского дна. При проектировании фундаментов нефтепромысловых сооружений особое внимание уделяют полноте и каче­ству инженерно-геологических изысканий грунтов на месте и в ла­бораториях. Достоверность и полнота данных в значительной мере опреде­ляют безопасность эксплуатации сооружения и экономичность проекта.

Самые большие проблемы в морских акваториях Арктики связаны со льдами и глубинами моря. В зависимости от направления и силы ветра, глубины моря и морских течений, рельефа местности и свойств льда ледо­вая обстановка непрерывно изменяется и ее трудно прогнозировать.

С увеличением глубин моря резко возрастает стоимость разработки месторождений. На глубине 30 м стоимость разработки в 3 раза выше, чем на суше, на глубине 60 м - в 6 раз и на глубине 300 м - в 12 раз.

Проблемой пока являются прокладка и особенно обследование и ре­монт подводных трубопроводов в межледовый период. Эксплуатация мор­ских технических средств и в основном техники для подводных методов разработки требует обеспечения безопасного ведения подводно-техни-ческих работ при ремонте и осмотре подводной части плавучих средств и гидротехнических сооружений. Необходимо также решать задачи по меди­ко-биологическому обеспечению жизнедеятельности человека, в том числе в экстремальных условиях.

Разведка и разработка морских нефтяных и газовых месторожде­ний — сложные в техническом отношении операции, весьма дорогостоя­щие и связанные со значительным риском. Основные проблемы при ос­воении этих месторождений - проблемы техники и технологии производ­ства этих работ.

2. Инженерно-геологические изыскания.

Комплекс технических средств для освоения нефтяных и газо­вых месторождений состоит из большого числа типов и видов уникальных и дорогостоящих гидротехнических сооружений геологоразведочного, бу­рового и нефтепромыслового оборудования, систем связи, навигации, ох­раны окружающей среды и другой техники. Этот комплекс включает:

технику, предназначенную для изучения условий окружающей среды в районе производства работ. Для этих целей существует ряд научно-исследовательских служб, центров, организаций, занимающихся комплекс­ным изучением окружающей среды, разработкой программ и методик и оснащенных техническими средствами, включающими научно-исследо­вательские гидрометеорологические станции, автоматические станции на свайных сооружениях, технику по изучению батиметрических условий, химического состава воды, волнения, течений и др.;

технические средства связи и навигации, состоящие из комплекса ап­паратуры, позволяющей использовать через геостационарные спутники связи большое количество телефонных и телеграфных каналов связи с большой степенью надежности (99,9 %), широко применять спутниковые навигационные системы, работающие в автоматическом режиме и т.п.;

технические средства для производства геофизических работ, состо­ящие из геофизических судов, аппаратуры и оборудования для автомати­ческой обработки информации, многоканальных цифровых сейсмических станций, обеспечивающих обработку данных на борту судна и подготовку материала для ввода данных в ЭВМ. Координаты производства работ опре­деляю через спутники связи;

технические средства для глубокого разведочного бурения нефтяных и газовых скважин (СПБУ, ППБУ, БС], подводный устьевой комплекс;

технические средства для геолого-инженерных изысканий, включаю­щие средства колонкового бурения, специальные суда детальных исследо­ваний с обработкой данных на ЭВМ;

технику эксплуатационного бурения и добычи нефти и газа, состоя­щую из морских стационарных платформ различных типов и конструкций, оборудования для добычи нефти и газа, технических средств для подводной добычи нефти и газа, системы управления и контроля, технических средств для освоения и добычи нефти и газа в северных и арктических акваториях;

технические средства для подготовки и транспортирование нефти и газа, включающие морские гидротехнические сооружения, береговые базы хранения нефти и газа, нефтегазопроводы, системы укрепления и контроля за транспортированием нефти и газа и пр.;

технические средства для строительных и монтажных работ на гидро­технических сооружениях, МСП различных типов и других строительных объектов, средства строительства трубопроводов (подводных и наземных), крано во -монтажные суда, спускные и транспортные баржи, подъемно-монтажные средства береговых баз, сваебойное оборудование, трубоукла-дочные баржи и др.;

подводную и водолазную технику, состоящую из обитаемых (нормоба-рических и гипербарических) и необитаемых аппаратов (плавучих и дон­ных! судовносителей, систем жизнеобеспечения, снаряжения водолазов и акванавтов и т.н.

технические средства для обслуживания работ в море, состоящие из многоцелевых судов, буксиров, буксиров-раскладчиков, якорей, пожарных судов, оборудования береговых баз обслуживания, специальных судов, су­дов по ликвидации открытых фонтанов, пассажирских судов; вертолетов и другой техники;

технические средства по предотвращению загрязнения окружающей среды, в частности судов - сборщиков разлитой нефти, боновых заграж­дений химических реагентов по нейтрализации загрязняющих и токсичных продуктов и пр.

Бурение нефтяных и газовых скважин в условиях моря и кон­тинентального шельфа осуществляют при различных глубинах моря, со­стоянии грунта, волнении моря, ледовой обстановке и других факторах с буровых судов, барж, плавучих установок само подъемно го, полупогружно­го и погружного типов. Один из основных факторов выбора типа ПБС -глубина моря на месте бурения. Плавучие установки полупогружного тина применяюг для геологоразведочных работ при глубинах моря до 300 м с якорной системой удержания над устьем бурящейся скважины и более 300 м с динамической системой стабилизации.

Буровые суда (БС) используют в основном для бурения поисковых и разведочных скважин в отдаленных районах при глубинах моря до 1500 м и более. Высокая скорость передвижения (до 25 км/ч) обеспечивает бы­строе перебазирование с законченной скважины на новую точку, однако они ограничены в работе в случае волнения моря. Бурение скважин с пла­вучих установок полупогружного типа (ППБУ) осуществляют при значи­тельно большем волнении моря, однако ППБУ имеют малую скорость пе­редвижения с пробуренной скважины на новую точку.

Плавучие буровые средства классифицируют прежде всего по способу их установки над скважиной в процессе бурения, разделяя на два основ­ных класса: опирающиеся при бурении на морское дно и находящееся при бурении в плавучем состоянии. К I классу относят плавучие БУ самоподъ­емного (СПБУ) и погружного (ПУ) типов, ко II классу - полупогружные бу­ровые установки (ППБУ) и буровые суда (БС).

СПБУ имеют большие корпуса, значительный запас плавучести (эки­пированы всем оборудованием, инструментом, материалами). При букси­ровке опоры подняты, а на точке бурения опоры опускаются на дно и задавливаются в грунт; корпус поднимается по этим опорам на расчетную высоту над уровнем моря.

ГТУ применяют на мелководье. При заполнении водой нижних корпу­сов либо стабилизирующих колонн они устанавливаются на морское дно.

ППБУ и БС в рабочем состоянии находятся на плаву и удерживаются якорными системами или системами динамической стабилизации.

3. Искусственные острова.

Опыт производства буровых работ в морских акваториях опре­делил требования, предъявляемые к плавучим буровым установкам: высокая производительность при строительстве скважины;

быстрое перемещение с оконченной бурением скважины на новую точку;

обеспечение ее мореходности при переходе на различные расстояния;

обеспечение безопасности производства работ;

автономность, т.е. обеспечение достаточными запасами материалов для нормального бурения, а также продуктами, нормальными жилищными ус­ловиями обслуживающего персонала и др.

комплекс технологического оборудования включает

буровое оборудование для бурения скважины;

оборудование по приготовлению, подаче, утяжелению регенерации и хранению бурового раствора, очистке раствора от выбуренной породы;

оборудование для приема и хранения порошкообразных материалов для приготовления бурового и цементного растворов;

оборудование для приготовлении цементного раствора и нагнетания его в скважину при креплении скважины;

оборудование для производства электрометрических и каротажных работ в скважине;

подводное устьевое (противовыбросовое) оборудование;

оборудование для освоения скважины;

вспомогательное оборудование (грузоподъемные краны, тельферы, оборудование малой механизации и др.);

оборудование по предотвращению загрязнения моря;

системы управления и контроля технологического процесса строитель­ства скважины.

В соответствии со степенью ответственности и опасности участки производства буровых работ классифицируют по зонам, составляющим в целом район буровой скважины: устье скважины, резервуары с буровым раствором, циркуляционная система буровых растворов, иключая буровые насосы, вибросита, песко- и илоотделители, дегазаторы и другие меха­низмы.

В зависимости от класса и зоны предъявляют требования к размеще­нию и исполнению того или иного механизма или типа оборудования. Ни­же в качестве примера приведено описание размещения технологического оборудования на СПБУ «Бакы».

На подвышечном портале (рис. 25.1, а) установлены: буровая вышка (рис. 25.1, б') механизм крепления неподвижного конца талевого каната 1- вспомогательная лебедка 2, стойка для крепления машинных ключей 3, кас­сеты для установки УБТ 4, подсвечник 5 для ручной расстановки свечей бурильной колонны, ограничитель подъема талевого блока 6, ротор 7, глав­ный пульт бурильщика 8, электропривод буровой лебедки 9, воздухосбор­ник 10, регулятор подачи долота 11, буровая лебедка ЛБУ-1700 12, ключ АКБ-ЗМ2 13, пневмораскренитель 14, кабина с КИП 15, магазин автомати­ческой расстановки свечей 16, пульт управления СПО 11 и пульт управле­ния вспомогательной лебедкой 18.

На буровой вышке (см. рис. 25.1, 6) установлены: кронблок 1, балкон механизма переноса свечей 3, механик захвата и механизм подъема свечей, талевый блок, подвешенный на талевом канате 4, автоматический элеватор и вертлюг 5. При ручной расстановке свечей взамен талевого блока и ав­томатического элеватора применяют крюкоблок. Креме этого, на вышке расположены монтажный блок, подвижный центратор 2, нижний блок, ук­рытие, подвески машинных ключей и др.

Рис. 25.1. Подвышенный портал на СПБУ «Бакы» (а) и буровая вышка (б)

На главной палубе (рис. 25.2) размещена циркуляционная система, включающая блок рабочих емкостей 1 общей вместимостью 120 м. На блоках смонтированы: сдвоенное вибросито 6 для очистки бурового рас­твора производительностью 50—60 л/с, вакуумный дегазатор 7 для дегаза­ции бурового раствора, пескоотделитель 2, шламовые насосы 3 дли подачи воды или раствора в гидросмесители, механические 8 и гидравлические 4 перемешиватели. В зоне обслуживания крана, около вибросит, установле­ны специальные контейнеры для сброса шлама 5 выбуренной породы и отправки его на берег.

Под порталом на площадке установлены: противовыбросовое оборудо­вание, включающее два плошечных превентора, универсальный превентор, гидроуправление превенторами и задвижками, манифольд; аварийный (ручной) привод закрытия и открытии плашек превенторов; трубопроводы гидравлического управлении. Управление превенторами и задвижками манифольда осуществляется дистанционно с двух пультов: основного, раз­мещенного вне буровой площадки, и вспомогательного, установленного у поста бурильщика. В трюмах размещены: в отсеке запасных емкос­тей запасные емкости бурового раствора, в насосном отделении - три бу­ровых насоса У87-М2 с электроприводами, два шламовых насоса и насос 9МГР.

Рис. 25.2. Оборудование для приготовления и циркуляции бурового раствора

В помещении для хранения порошкообразных материалов установлено оборудование для хранения и транспортирования бентонита, барита и це­мента (рис. 25.3), состоящее из бункеров для хранения 7, бункеров-весов 6, гидросмесителей 5, разгрузочного бункера 4, циклонов 3, трубопроводов сжатого воздуха 8 и трубопроводов вентиляции 2. Весь комплекс этого оборудования обвязан трубопроводами 1 с запорной арматурой в единую технологическую схему, обеспечивающую транспортирование сыпучих ма­териалов для приготовлении буровых и цементных растворов.

Рис. 23.3. Система приема, хранения и транспортирования по­рошкообразных мате­риалов

Порошкообразные материалы подают в бункеры с помощью сжатого воздуха. Бункеры снабжены резиновыми грибками для аэрации порошка, который поступает по трубопроводу в разгрузочный бункер, где воздух от­деляется от порошка. Наиболее легкие частицы порошка вместе с воздухом поступают в циклоны, где воздух очищается от ныли и выпускается в атмосферу, а порошок, накопившийся в циклонах, периодически выгружается в мешок и подается на склад сыпучих материалов. Поступление и расход по­рошка контролируются с помощью бункеров-весов. Трубопроводная сис­тема пневмотранспорта выполнена так, что обеспечивает подачу сыпучих материалов из любого бункера к оборудованию по приготовлению буровых растворов, а также перемещение их между бункерами.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СПБУ

В течение всею срока эксплуатации СПБУ должна обеспечи­вать безопасность производства работ при строительстве нефтяных и газо­вых скважин, что определяется живучестью установки, т.е. ее способно­стью противостоять аварийным повреждениям, возникновению и распро­странению пожаров, взрывов, сохраняя при этом в достаточной мере мо­реходные качества установки на плаву и ее эксплуатационные качества в

рабочем положении при строительстве скважин. Живучесть СПБУ в поло­жении на плаву обеспечивается выполнением «Наставления по борьбе за живучесть судов морского флота РФ», а в рабочем положении - по судовой части - выполнением Правил Регистра РФ, соответствующих инструкций и нормативно-технических документов.

При бурении могут быть опасны образования грифона вблизи работы СПБУ, нефтегазопроявления из бурящейся скважины, просадка опорных колонн в грунт, ледоход.

При появлении грифона за ним организуют круглосуточное наблюде­ние. В случае его продвижения к опорным колоннам работу на СПБУ пре­кращаю, вызывают спасательные суда и подготавливают установку к сня­тию с точки бурения. Корпус приспускают и оставляют над водой на высо­те 0,3-2 м (в зависимости от погодных условий). При необходимости кор­пус переводят в положение «на плаву». Колонны поднимают, и установка дрейфует до подхода судов. Решение о снятии СПБУ принимает начальник установки. При угрожающем положении начальник принимает решение о срочной эвакуации людей с установки спасательными судами или вертоле­тами. При неуправляемом нефтегазоводопроявлении, если все принятые меры не доли положительных результатов, начальник принимает решение об эвакуации людей с СПБУ.

При появлении крена или дифферента СПБУ бурение прекращают и подъемниками проводит выравнивание корпуса с последующим задавлива-нием колонн в грунт. Весьма опасен момент, когда при просадке одной из опорных колонн СПБУ продолжает стоять на трех колоннах. В этом случае при шторме вся нагрузка воспринимается тремя колоннами, что может привести к аварии, поэтому надо систематически контролировать положе­ние СПБУ (не реже одного раза в неделю], а после шторма - несущую спо­собность грунта под колоннами. Для этого корпус СПБУ приподнимают на 10-20 мм так, чтобы нагрузка передавалась на цилиндры гидроподъемника, а не через разгрузочные стопорные винты. При равномерной нагрузке давление во всех четырех рабочих полостях цилиндров одинаковое. Если это условие не соблюдается, то колонны залавливают повторно.

При наличии льда нагрузки на СПБУ от ею воздействия устраняют систематическим обкалыванием льда ледоколами вокруг СПБУ. Опасно также обледенение опорных колонн вследствие резкого возрастания на них волновых нагрузок.

Для эвакуации людей на СПБУ составляют расписание тревог, уста­навливают порядок оповещения по системе авральной сигнализации и ра­диотрансляции, назначают ответственных лиц по проведению каждой опе­рации по эвакуации. Как указывалось ранее, весьма опасными операциями являются снятие СПБУ с оконченной бурением скважины, перегон и мон­таж на новую точку установки. По статическим данным, значительная часть аварий происходит именно в этих случаях.

В остальном технология и техника строительства морских скважин и скважин на суше существенно не различаются.

Рис. 25.6. Схема расположения оборудования на ППБУ «Садко-730»:

1 — вышка; 2. 6 — поворотные краны; 3 — бункеры для цемента, барита и бентонита; 4 — стеллажи для труб; 5 — склад бурильного инструмента; 7 — установка каротажа; 8 — буровые насосы; 9 — нижний корпус установки; 10 — крановый путь для подъемного крана противо-выбросового оборудования; II, 12, 13 — емкости для технической воды, топлива и балластной воды; 14 — лифт; 15 — распределительное устройство, приборы управления и защиты; /6 — генераторы; /7 — спасательные шлюпки; 18 — кабина капитана; 19 — вертолетная площадка; 20 — помещение управления; 21 — столовая; 22 — служебные помещения (офисы); 23 — бу­ровая лебедка; 24 — ротор

Контрольные вопросы:

1.Особенности бурения на море

2.Преимущества плавучих буровых установок

3.Основные части плавучей буровой вышки

4.Схема расположения оборудования на буровой вышки

Литература

1. Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы: Учеб. для вузов. — М.: Недра, 1988. - 501 ñ.

2.Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Заканчивание скважин: Учеб. пособие для вузов. — М: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. — 670 с.

3. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин: Учеб. для вузов. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. — 679 ñ.

4. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Технология бурения нефтяных и газовых скважин: Учеб. для вузов. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001. — 679 с.

5. Болденко Д.Ф., Болденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели. — М.: Íåäðà, 1999. - 375 ñ.

Вам также может быть полезна лекция "8. Методические указания к самостоятельному тестированию".

6. Бревдо Г.Д. Проектирование режима бурения. — М.: Недра, 1988.

7. Будников В.Ф., Макаренко П.П., Юрьев В.А. Диагностика и капитальный ремонт обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах. — М.: Недра, 1997. — 226 с.

8. Булатов А.И., Макаренко П.П., Проселков Ю.М. Буровые промывочные и тампонажные растворы: Учеб. пособие для вузов. — М.: Недра, 1999. — 424 с.

9. Бурение наклонных и горизонтальных скважин: Справочник/Под ред. А. Г. Калини­íà. - Ì.: Íåäðà, 1997. - 648 ñ.

10. Буровое оборудование: Справочник: В 2 т. — М.: Недра, 2000. — Т. 1. — 269 с.

11. Вяхирев Р.И., Никитин Б.А., Мирзоев Д.А. Обустройство и освоение морских нефтегазовых местсгаожлений. — М.: Изд. Академии гсганых наук. 1999.