Технические условия бурения нефти и газа на площади мирового континентального шельфа

Большой интерес в настоящее время представляет шельф как источник нефти и газа. Установлено, что общая нефтегазоносная площадь континентального шельфа составляет около 13 млн. км², а суммарные запасы нефти – около 100 млрд. т.

Ощущая нехватку энергетических ресурсов, многие страны мира ведут поисковые и добычные работы в пределах морских акваторий. В начале 70-х гг. XX века 21 государство добывало нефть и газ в океанах и морях, 46 стран проводили геофизические и буровые работы, 5 стран готовились к ним. В начале 90-х гг. поиском морских месторождений и их разработкой занималось уже более 100 государств. В настоящее время освоение ресурсов шельфа, несмотря на сложные природно-климатические условия морского поиска, непрерывно продолжается. Разведка месторождений осложняется штормовыми ветрами, наличием мощной толщи воды, волн, сильных течений и айсбергов. Все это увеличивает затраты на поиск и добычу морских углеводородов.

Тем не менее, добыча нефти в море неуклонно растет, составляя в среднем 32 % общемировой экономики, так как потенциальные ресурсы нефти и газа в акваториях Мирового океана превосходят их запасы на суше почти в 3 раза. Открытия начала 90-х гг. подтвердили более 500 месторождений у берегов США, более 150 – в Северном море и свыше 40 – в Персидском заливе.

Важным элементом удовлетворения потребности общества в ресурсах шельфа, таким образом, являются технические инженерные сооружения – буровые установки различных типов; причем достаточно большой удельный вес занимают стационарные буровые установки.

Все установки для морского бурения подразделяют на три основные категории:

1. стационарные — постоянные основания, эстакады, искусственные острова;

2. полустационарные — плавучие (самоподнимающиеся) буровые установки;

3. подвижные — буровые суда, баржи и другие плавучие устройства (полупогружные установки).

Помимо перечисленных основных типов установок существуют еще и промежуточные.

Стационарные установки. В зависимости от того, где монтируется буровое оборудование, можно принять следующую классификацию стационарных морских установок:

· буровая установка на индивидуальном морском основании (платформе) островного типа;

· буровая установка на кустовых площадках островного и эстакадного типов;

· буровая установка на отдельно выступающих в море камнях и островах.

Рисунок 2 - Схема платформы башенного типа с оттяжками

Все перечисленные установки имеют свои характерные особенности и применяются для конкретных производственных условий. В настоящее время дается предпочтение двум вариантам индивидуальных морских оснований (платформ). Это платформа башенного типа с оттяжками (рис. 2) и платформа полупогружного типа с избыточной плавучестью (рис. 3).

Платформа с оттяжками состоит из крупных вертикальных секций, собранных в опорную башню, которая закрепляется на большом фундаменте. Башня раскреплена оттяжками, которые соединены с якорями, закрепленными в морском дне.

Рисунок 3 - Схема платформы полупогружного типа с избыточной плавучестью: 1 — платформа; 2 — натянутые тросы; 3 — фундаментная плита

Платформа полупогружного типа крепится к фундаментной плите с помощью натянутых вертикальных тросов. Избыточная плавучесть платформ создает большие растягивающие напряжения в тросах и обеспечивает этим возвращение платформы в вертикальное положение, нарушенное волновыми воздействиями.

Морская платформа предназначена для монтажа на ней вышки, бурового и вспомогательного оборудования и размещения привышечных сооружений. На платформе предусматривается дополнительная площадь для размещения бурильных и обсадных труб, запасов глина-порошка, химических реагентов и других материалов. Платформа является основным конструктивным элементом всей буровой установки и воспринимает все нагрузки, возникающие в процессе строительства скважины. Поэтому в конструктивном отношении морское основание должно быть прочным и обеспечивать надежную и безаварийную работу в процессе бурения скважины.

В разработке морских месторождений нефти и газа иногда применяется эстакадный способ. Морская эстакада представляет собой мост облегченной конструкции. Сущность разработки месторождения этим способом заключается в том, что по заранее составленному плану сооружаются металлические эстакады мостового типа с площадками для бурения, расположенными на определенном расстоянии друг от друга. С площадок

На площадках, сооруженных при эстакадах, размещают также отдельные производственные, административные и культурно-бытовые объекты морского нефтепромысла. В качестве примера эстакадного способа разработки нефтяных месторождений можно привести широко известные «Нефтяные камни», расположенные близ Баку.

Условия строительства морских оснований и монтажа на них оборудования находятся в постоянной зависимости от состояния моря и погоды. При работе с плавучим краном нагрузка оборудования и материалов может производиться при ветре до 2 баллов; монтаж вышки может производиться при ветре до 4 баллов; при ветре свыше 5 баллов все строительно-монтажные работы прекращаются.

Полустационарные установки. К ним прежде всего относятся плавучие буровые установки (ПБУ). К ПБУ предъявляются следующие требования: потребность минимального времени на строительно-монтажные работы в море; способность к быстрой передислокации с одной точки бурения на другую; многократность использования; мореходность в плавучем состоянии при переходах на короткие расстояния при ограниченной погоде и разовые переходы на значительные расстояния без ограничения погоды; способность установки на точке бурения в течение гарантированного прогноза погоды времени; автономность, т.е. достаточность материалов для бурения; обеспеченность нормальными жилищными условиями для буровой бригады и другого персонала, которые могут находиться на ПБУ в течение 3...4 недель; обеспеченность полным комплектом бурового оборудования для бурения как разведочной, так и эксплуатационной скважины.

Рисунок 4 - Плавучая буровая установка: а — положение на плаву; б — положение при бурении

Современные ПБУ самоподъемного типа отвечают всем перечисленным требованиям (рис. 4). Они имеют следующие конструктивные особенности: корпус ПБУ представляет собой понтонс упрощенными формами; опорные колонны расположены или по углам понтона при числе опор три-пять, или вдоль бортов при числе опор шесть-восемь; жилые помещения и вертолетная площадка расположены в противоположном конце по отношению к буровой вышке с порталом; понтон ПБУ часто имеет местные платформы или второе дно. В отсеках понтона размещают буровое и энергетическое оборудование, насосную станцию, емкости для хранения и приготовления глинистого раствора, запасы материально-технических средств, глина-порошков и химических реагентов; главная палуба во всей средней части используется для размещения бурильных, обсадных труб, полноповоротных кранов грузоподъемностью 25...75 т.

Подвижные установки. К ним относятся буровые суда (БС) и полупогружные установки (ПБС). Буровое судно представляет собой обычное морское судно, имеющее площадь палуб и грузоподъемность, достаточные для размещения буровой установки и запаса различных материалов. Часто под БС переоборудуются обычные транспортные, и даже военные суда.

При бурении с буровых судов технологический процесс, за исключением оборудования подводного устья, в принципе не отличается от бурения на суше. Поэтому для комплектования буровой установки используются стандартные узлы и оборудование. Однако оборудование, применяемое на БС, имеет и некоторые особенности в силу того, что площадка, с которой бурят, перемещается. Эти особенности оборудования состоят в следующем:

1.В виду колебаний БС при качке невозможно применение желобной системы очистки с самотечным движением раствора, поэтому циркуляционная система глинистого раствора должна иметь замкнутую принудительную циркуляцию.

2. Так как с БС обычно бурится лишь одна скважина, то нет необходимости устанавливать наклоняющуюся вышку или вышку с передвигающимися кронблоками.

3. При бурении с БС в связи с колебанием судна затруднена,а в некоторых случаях невозможна, установка бурильных труб на подсвечник внутри вышки при спускоподъемных операциях. В связи с этим для ускорения сборки и разборки применяются механизированные стеллажи. При таких стеллажах подача труб на мостки со склада (стеллажи на палубе БС) производится механически.

4. Буровая установка, как правило, электрифицирована, т.е. все приводы для механизмов электрические.

Проблема удержания бурового судна над точкой бурения при жестких условиях ограничения перемещений является одной из основных проблем при бурении на море. В зависимости от размеров судна, глубины бурения и района плавания применяются различные по мощности и принципу работы, удерживающие системы БС.

С начала 1960-х гг. используются буровые судна со специальным погружающимся под воду корпусом, так называемые полупогружные установки. У этих установок сохранились главные особенности при бурении с судна: бурение на плаву и якорные системы удержания. Корпус ПБС имеет три основных элемента: понтон, колонны и верхнюю рабочую площадку. Во время транспортировки ПБС плавает на понтонах с минимальным балластом. Затем на точке бурения сооружение принимает балласт в понтоны и погружается на заданную глубину. В рабочем положении понтоны находятся под водой, а верхняя рабочая площадка находится над водой.