Освоение шельфа как источника нефти и газа

Освоение шельфа как источника нефти и газа

Освоение шельфа как источника твердых полезных ископаемых

По предварительным оценкам морские запасы отдельных видов сырья многократно превышают сухопутные: по марганцу в 50, по никелю в 90, по кобальту в 500 раз. Обнаружены значительные морские месторождения каменного угля, железной руды, титана, серы, меди, серебра, золота и тд. Добыча угля считается рентабельной, ести месторождение удалено от берега не более чем на 15-30 миль и содержит не менее 10 млн.т.

Освоение шельфа как источника биологических ресурсов

Использование шельфа для размещения на нем гражданских и промышленных объектов.

Это направление в освоение шел фа связано с постоянным ростом населения Земли в целом и плотностью его размещения на побережье Мирового океана, в частности. Осушение дна моря, засыпка морских заливов, создание искусственных островов позволяют расширить территории под городские застройки, промышленные предприятия и объекты другого назначения. Создание плавучих предприятий, электростанций, складов, аэродромов в прибрезной зоне приводит к высвобождению береговой территории. Проектируются плавучие города с населением до 2 млн.чел.

Освоение шельфа как источника энергии

Использование Мирового океана как возобновляющего источника энергии развивается в следующих направлениях: преобразование энергии приливов, вол и морских течений; использование температурного градиента между слоями воды либо воды и воздуха; примененние в качестве топлива биологических ресурсов океана.

 

Но нас безусловно интересует добыча нефти и газа.

Первая специализированная буровая установка была построена в 1947г. и эксплуатировалась в 19 км от побережья Луизианы на глубине 14 м.

С середины 50- х годов началось массовое строительство плавучих буровых установок самоподъемного (СПБУ), а с середины 60-х годов полупогружного типа (ППБУ).

Успехи в создании морских буровых установок как специфической группы судов технического флота привели к появлению новых и совершенствованию традиционных типов судов этого флота. Начали строиться мощные крановые и трубоукладочные суда, морские буксиры, транспортные и спускные баржи, суда обеспечения подводно — технических работ и подводные аппараты. Уже к середине 80 - х годов общемировая доля морской добычи нефти достигла 30 %.

 

 

В связи с освоением новых районов Мирового океана, выходом на более глубоководные участки континентального шельфа и с появлением новых технических решений состав сооружений континентального шельфа постоянно расширяется.

 

Сооружения для разведки и разработки морских месторождений представляют собой наиболее многочисленную группу искусственных сооружений на шельфе.

Морская буровая скважина.

Морская буровая скважина — это цилиндрическая вертикальная или наклонная выработка, проходимая с помощью буровой установки со дна моря вглубь земной коры. Скважина имеетначало (устье), дно (забой) и ствол. Глубина ее бурения зависит от залегания нефтегазоносных пластов и при среднем значении в 2 — 3 тыс.м может достигать 6 — 8 тыс.м.

 

 

Строительство и эксплуатация инженерных сооружений на шельфе осуществляются в иных условиях, чем строительство и эксплуатация портовых сооружений. Незащищенность акватории, большие глубины и удаленность от береговой базы приводят к тому, что инженерные сооружения на шельфе подвергаются значительным воздействиям окружающей среды. В арктических морях такие сооружения испытывают различные виды ледового воздействия, в том числе давление дрейфующих ледовых полей, удары отдельных льдин. При этом толщина ледяного поля может достигать 2 - 3 м.

Сложные погодные условия вынуждают производственные бригады сводить к минимуму объем сборочно -монтажных и других работ, выполняемых непосредственно в открытом море. Требования высокой степени готовности и транспортабельности сооружения к месту установки сказываются на выборе конструктивных решений. В связи с необходимостью длительной транспортировки сооружениям придают качества, свойственные объектам судостроения: плавучесть, остойчивость, непотопляемость и пр. Плавучие сооружения оснащаются балластными системами, обеспечивающими их безопасный перевод из транспортного в эксплуатационное состояние.

Высокие требования предъявляются и к технологиям морских работ, время на выполнение которых может быть жестко ограничено погодными условиями. К их числу относятся технологии ведения свайных, монтажных, трубоукладочных и других видов работ.

В связи с удаленностью инженерных сооружений от береговых баз снабжения, возможными перерывами в их снабжении из-за тяжелых штормовых или ледовых условий, такие сооружения должны обладать достаточной автономностью, имея достаточные запасы топлива, материалов, снабжения для обеспечения работы и быта персонала, проведения аварийных и спасательных работ.

Погружные буровые установки

 

Эти установки предназначены, в основном, для разведочного, а также эксплуатационного бурения на мелководных участках шельфа (20-25 м).

Обладая плавучестью и остойчивостью, эти установки могут буксироваться на значительные расстояния. По прибытию на рабочую точку, установка балластируется, погружается на дно, приобретая положение гравитационного гидротехнического сооружения. Впоследствии, в связи с освоением глубоководных участков континентального шельфа, необходимость создания таких установок отпала, начиная с 80-х годов, интерес к мелководным месторождениям возник снова, что предопределило разработку погружных буровых установок. Несмотря на сравнительно небольшое число погружных буровых установок, они довольно разнообразны по конструкции (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Типы погружных буровых установок:

а, б) установки с водоизмещающим нижним корпусом-понтоном; в, г) установки со стабилизирующими колоннами.

1 – нижний корпус-понтон; 2 – верхнее строение; 3 – колонны; 4 – трубчатые связи; 5 – фундаментный блок; 6 – стабилизирующие колонны.

ПОБУ высокомобильны – постановка сооружения на подготовленное дно занимает всего несколько часов. После проведения работ установку можно снять с грунта и перевести на новую точку бурения или добычи.

Основными элементами погружных установок являются:

– верхний корпус, на котором размещаются буровое оборудование, жилые помещения, энергетическая установка, технологические блоки и т.п.;

– нижний корпус (или фундаментный блок), опирающийся непосредственно на морское дно;

– опорные колонны (трубчатые связи), соединяющие нижний и верхний корпуса.

Плавучесть одних установок обеспечивается, в основном, за счет водоизмещающего нижнего корпуса (рис. 1.1 (а,б)), других – за счет водоизмещающих опорных колонн (рис. 1.1 (в)), в ряде конструкций плавучесть может быть обеспечена за счет фундаментного блока и колонны (рис. 1.1 (г)).

Поскольку погружные буровые установки используются, в основном, на мелководье, устойчивость сооружения от сдвига обеспечивается прежде всего за счет увеличения опорной базы. Значительная площадь опирания позволяет устанавливать погружные установки на слабые грунты.

В связи с опасностью размыва грунта вокруг фундаментного блока донными течениями; возможного отложения наносов на нижнем корпусе; присоса, что особенно, характерно для глинистых грунтов, возникают определенные трудности по снятию установки с грунта, при этом неравномерный отрыв от грунта нижнего корпуса может привести к опрокидыванию установки. Во избежание таких аварий, которые имели место на практике, погружные установки должны обладать запасом плавучести, который обеспечивается балластными отсеками, располагаемыми в нижнем корпусе и в колоннах.

 

Буровые суда

Это морские суда, специально построенные или переоборудованные для бурения на нефть и газ.

По архитектурно-конструктивному типу буровые суда представляют собой, в основном, однокорпусные суда с развитой носовой надстройкой, вертолетной площадкой Буровые суда могут строиться и ремонтироваться на любой судостроительной верфи. Основной архитектурно — конструктивной особенностью БС является наличие на палубе буровой вышки с подвышечным основанием. Положение вышки на палубе может быть различным, чаще всего она размещается в центральной части судна. На небольших БС она может устанавливаться даже на боковой, выдвинутой с борта рабочей площадке. Недостатком такого расположения являются значительные колебания бурового агрегата вследствие качки судна.

Такие суда имеют большую грузоподъемность, значительную площадь, достаточную для хранения буровых и обсадных труб, размещения емкостей для сыпучих материалов, буровых растворов и необходимого бурового оборудования.

Морские буровые суда высоко мобильны и автономны, что делает их почти незаменимыми при разведочном бурении на нефть и газ, когда должны быть обследованы обширные участки континентального шельфа, расположенные в удаленных от баз районах при достаточно больших глубинах моря более 300 м.

Одно из основных требований, предъявляемых к конструкции бурового судна – надежная стабилизация на рабочей точке. Буровое судно должно иметь небольшие горизонтальные и угловые отклонения от первоначального положения в условиях взволнованного моря.

При бурении на море важно соответствующим образом установить судно по отношению к направлению ветра и волн, чтобы уменьшить их воздействие на судно.

Максимальная глубина моря, достигнутая при бурении с БС "ГломарЧелленджер" в 1968г., составила 6100м. Современные БС имеют длину 100 — 140 м, ширину 20 — 24 м, высоту борта 8 — 12м, водоизмещение 10 — 16 тыс.т. В корпусе БС размещаются емкости для буровых растворов и стеллажи для хранения буровых и обсадных труб.

 

Таким образом, основными особенностями БС являются:

— наличие мощных подруливающих устройств с автоматической системой управления для динамического удержания судна над скважиной;

— размещение буровой вышки в средней части судна,

— установка вертолетной площадки;

— оборудование достаточных объемов для хранения технологических запасов.

Поведение БС на волнении в процессе бурения в малой степени зависит от характеристик корпуса. Вертикальная качка оказывает сильное влияние на безопасность бурения и может привести к повреждению бурильной колонны или морского кондуктора и даже к разрушению устья скважины.

Бортовая и килевая качки влияют на обитаемость и делают опасной работу с бурильными трубами на рабочей палубе. Увеличение размеров БС привело к увеличению собственной частоты бортовой качки при большом периоде волн, когда вертикальные перемещения требуют прекращения работы БУ до того как достигнуты пределы по бортовой качке. На малых БС существенное умерение качки обеспечивается с помощью скуловых килей и систем стабилизации бортовой качки.

Освоение шельфа как источника нефти и газа