книги / Морская нефть. Развитие технических средств и технологий
.pdf
|
неизменном угле откосов возраста |
|||
|
етпочти вкубическийзависимости. |
|||
|
Поэтому |
строительство |
островов |
|
|
многоразового использования по |
|||
|
зволяло |
значительно |
экономить |
|
|
строительныйматериал. |
|
||
|
Разработано |
большое число |
||
|
проектов |
островов многоразового |
||
|
использования: |
|
|
|
|
— из мешков спеском для мел |
|||
Рис. 4.10. Насыпные гра |
ководьяморяБофорта (рис. 4.11 а); |
|||
вийные или песчаные ост |
— песчаный |
с гидростатичес |
||
рова одноразового исполь |
ким подпором (рис. 4.11 б), |
|||
зования (IN Р.1,2) |
— каменный для глубины моря |
90 м (рис. 4.11 в).
Однако в настоящее время предпочтение отдается кессон ным основаниям островного типа. В качестве кессонов могут бытьиспользованы бетонные блоки (рис. 4.11 г), стальные коль цевые конструкции с жесткой платформой (рис. 4.11 е) или без нее (рис. 4.11 д). Жесткость и устойчивость тонкостенного кес сона (рис. 4.11 ж) достигается за счет песчаной засыпки и грун тового якоря. Для глубоководных месторождений разработан проект основания, состоящего из отдельных стальных кессонов (рис. 4.11 з).
Наибольшее число проектов арктических оснований (около 66 %) разработанодляморяБофорта; 6 %—дляБеринговаморя; 2% — для восточного побережья Канады и 6% — для других районов.
Из нихвосемнадцатьпроектов рассчитаны на глубинуморя до 20 м; девять —до 40 м; пять —до 55 м; три — до 70 м и еще три— до90 м.
Как видно из приведенных данных, большинство проектов разработаны для глубины, не превышающей 40 м. Это объясня ется тем, что в море Бофорта районы с глубиной от 40 до 45 м расположены на пути перемещения пакового льда, а проекты для этихусловий еще не разработаны. Очевидно, стоимость ис кусственных островов одноразового использования настолько высока, что ихнецелесообразноприменятьприглубинеморябо лее 30 м, тогда как строительство оснований многоразового ис-
Рис. 4.11.Основания многоразового использования островного типа:
а—измешков итруб с песком (IRP.1,2);б —песчаное с гидростатическимподпором стенок (IRP.3);в —избуто вого камня (IRP.4);г—бетонный кессон с песчаной засыпкой (IRP.5, 7);g—стальной кольцевой кессон (IRP.6, IRPM.2,3);е —стальной кольцевой кессон с жесткой палубой (IRM.4);ж—мембранный кессон фирмы «Шелл»
о (IRP.8, IRM.1); з—составленное изстальных кольцевых кессонов (1RM.5)
пользования в водах глубиной более 60 м экономически оправ дано.Целесообразнаясэкономической точки зренияобластьприме нения оснований различного типа представлена на рис. 4.12.
Ранее разработанные основаниярассчитаны навоздействия ледяныхполейтолщинойот 1,5 до7,5 м. В проектахучитывалась такженагрузкаотторосови складокльдавысотойот6до40 м.
Подробное описаниевсехпроектов, изученных специалис тами морского отдела фирмы «Браун энд Рут», приводится в [13, 14, 15, 16, 17], там же рассмотренораспределение ихпо за казчикам.
Анализируя представленные первые проекты разработки арктическихморскихместорождений, можно отметить, что ос новные идеи этих разработок сохранились и в последующих работах, а совершенство и улучшение проектов происходило засчетразработкии внедрения новойтехникиитехнологий бу ренияиэксплуатацииарктическихместорождений.
При выборе проекта освоения морского месторождения в Арктике необходимо учитывать экономическую ситуацию нанефтяном рынке, атакжевозможностьдоставкидобываемой
Рис.4.12.Область применения оснований различного типа:
i —гравийные насыпные острова;2 —песчаные намывные острова; 3 — основания островноготипамногоразовогоиспользования;4—гравийные основания;5—конструкцииконическойформы;6—плавучиеоснования
продукции скважин на нефтеперерабатывающие заводы, уда ленные от месторождений натысячи километров. Так, приосво енииместорождений в море Бофорта единственным средством доставки являлись танкеры, которым следовало обеспечить надежныйи безопасныймаршрутварктическихрайонах, где на ходитсябольшое количествоостровов. Для этихцелейв течение трехнавигационныхсезонов 1981 —1983 гг. изыскательскаяэкс педиция Канадскойгидрографическойслужбы выполниласлож нейшие работы на трассе Северо-Западного прохода в море Бо форта (рис. 4.13).
За это время канадские исследователи обнаружили в море Бофорта и нанесли на карту270-километровыйсудоходныйко ридорширинойоколо 16 км [30].
Картографическая съемка коридора велась с судна-базы: «Хадсон» (1981 г.), «Поларсеркл» (1982—1983 гг.) спомощью спе циально оборудованных катеров иновейшего навигационного оборудования.
Работая около двух месяцев в году, когда суровая аркти ческая погодачутьсмягчается, экспедиция осуществила проме-
Рис. 4.13.Участок Северо-Западного прохода в Канадском Арктическом архипелаге, потребовавший тщательного исследования
ры глубин в Бофортском коридоре на протяжении 52тыс. км. Результаты работ экспедиции имели большое значение.
НефтяникиСША и Канады втечениерядалетвелипоиски безо пасногопутидлятанкеровчерез КанадскийАрктический архи
пелаг.
В 1969 г. группа нефтяных компаний перестроила танкеры «Манхеттен» водоизмещением 150 тыс. твкрупнейший потем временам ледокол. Этаперестройка былавызвана открытиями нефтяныхместорожденийна СеверномсклонеАляски. Однако дажеэтотбронированныйтанкер, вышедшийв рейсвсопровож денииледоколов, чутьне налетелна мель, которая могла разор вать его корпус. После этого инцидента специалисты сочли невозможным использование Северо-Западного прохода для коммерческихперевозок.
Экспедиция Института океанологии позаданию канадской гидрографическойслужбы нанесланакартумели, морозные буг ры (намывныедонныехолмы следяной сердцевиной) идругие помехисудовождения, обнаруженныенаднеБофортскогокори дора. Данные, собранные затригода, былипереданы картогра фическойгруппедлясоставлениянавигационныхкарт.
Наоснованиипроведенныхисследованийпослесоставления навигационных карт планировалось в 1985 г. начать перевозки нефти. Выполнение этой работы явилось вполне оправданным и с экономической точки зрения, поскольку на поиски нефти вморе Бофорта затрачены громадные средства и без нахожде ния путей вывоза ее оттуда в суровых условиях Арктики эти затраты могли быть безвозвратно потеряны. После подготовки Бофортскогокоридорапонемупланировалось пропускать спе циальныетанкеры — ледоколы класса 10. Ледоколы классифи цируются потолщинеледовыхполей (в футах), через которые онимогутпродвигаться безостановочно. По этой классифика цииледокольное суднокласса 10 может беспрепятственнодви гатьсячерезледовыеполятолщиной 10 футов (3 метра). Танкеры ледокольноготипадолжны иметьдвойной корпус (для защиты отповрежденийтопливныхилинефтяныхотсеков) и двигатель ную установкумощностью 55—73тыс. кВт, т. е. почтивчетыре разабольше, чем уобычныхтанкеров. Онидолжны бытьобору дованыдвойнымигребнымивинтамисрегулируемым шагом, что позволит развивать всю наличную тягу при движении задним
ходом. Натанкерахпредполагалосьустановитьдополнительные газовые турбины, предназначенные для повышениятяги в слу чае чрезвычайнотяжелойледовойобстановки.
Танкерыледокольноготипа, совершающие регулярныерей сы по Северо-Западному проходучерез Бофортский коридор, находятся в пути (отнефтяных месторожденийвморе Бофорта до НПЗ в залив СвятогоЛаврентия илина западном побережье США) около 15 сут.
Арктические воды, по которым проходит судоходныйпуть, принадлежат Канаде. Д. Восбург (главный гидрограф Канадской гидрографическойслужбы) считает, чтоеслинефтянаяпромыш ленность выберет способ доставки нефти на НПЗ с помощью танкеров, обеспечить безопасностьнавигацииисоответствую щую маркировкутрассы должноправительствоэтой страны.
По словам Д. Восбурга, большая часть Северо-Западного проходачерез КанадскийАрктическийархипелагнепредставля ет трудностей для судоходства. Вдольвсейтрассы можно было бы использоватьапробированную системубереговойрадиолока ционной навигации, но в Арктикене существуетстанцийнизко частотной навигационной системы. Поэтому в 1983 г. прово дились исследования, цель которых — выбор навигационной системы, необходимойдлясудоходствавБофортском коридоре.
Решение вопроса заключалось в использовании средне частотной системы определения местонахождения судов, дей ствующей с Северного склона Аляски или с границы между США иКанадойвнаправлении заливаАмундсена. В этом случае на каждом суднеустанавливалсяспециальныйприемник. Кроме того, вовремя рейса на судне присутствовалвысококвалифици рованныйоператор.
Завершение гидрографических изысканий и съемок в Бофортскомкоридоре позволилонетолькосоздатьнадежный путьдоставкинефти, нои соединитьчерез Канадскийархипелаг двавеличайшихокеана планеты.
Развитие морской отрасли нефтяной промышленности всегда носит циклический характер, приэтом периоды наивыс шей активности различных видов работ, какправило, не совпа дают. Например, активность геофизических исследований всегдапредшествуетширокомуразвертыванию разведочныхра бот, когда меньше вниманияуделяется строительствуплатформ
иэксплуатационномубурению. Длительностькаждого этапа ра ботэтогопроизводственногопроцессазависит отмногихфакто ровивразныхстранахнесовпадает. Если вбританском секторе Северного моря от открытия месторождения до ввода его в эксплуатацию может пройти пять лет, то в Мексиканском заливе—околосеми, вАрктике—более 10.
Поэтомунаповышениеактивностиработвморскойотрасли нефтяной промышленности могут оказывать влияние следую щиефакторы [90]:
1.Оздоровлениемировойэкономикии, какследствие этого, повышение спросананефтепродукты ипоявлениеунефтяных компанийсвободныхналичныхденег;
2.Сравнительнонизкийссудныйпроцент;
3.Низкаяарендная стоимостьбуровыхустановок;
4.Низкаястоимостьоборудованияуслуг, материалов;
5.Сдачаварендуперспективныхморскихучастков;
6.Стабилизация ценнанефтьивозможное дальнейшее их понижение;
7.Необходимость постоянного возобновления запасов
нефти; 8. Вложение большихсредств впокупкулицензийна право
веденияпоисково-разведочныхработ.
Всядеятельность нефтяных компаний постоянно связана с риском: они вынуждены вкладывать значительные средства и работать, не зная, какие рыночные цены на нефть и газ установятся через полторадесяткалет, которые пройдут с мо мента покупки лицензии на право ведения поисково-разве дочных работ до начала промышленной эксплуатации место рождения (в том случае, если оно будет обнаружено). Такое положение наиболее ярко проявляется при работах в аркти ческихрайонах.
Оптимальный график разведочных работ и обустройства месторождения в Арктике [90], из которого добывают около 40 тыс. м3/сут нефти, приведен на рис. 4.14. Для такого место рождения, как показывает практика, необходимо соорудитьче тыре гравитационные эксплуатационные платформы и проло житьподводныйтрубопровод. Из графика видно, что с начала реализации проекта до начала эксплуатации проходит около 14 лет, адлядостижениямаксимальногоуровнядобычипотребу-
Рис. 4.14. Оптимальный график разведай и разработки Арктического месторождения:
1—планирование поисковых работ и одобрение планов; 2 —строитель ство двух передвижных буровых установок; 3 —бурение разведочных и оконтуривающих скважин;4—открытиеместорождения;5 —планиро ваниеэксплуатационныхработ;6—одобрениепланов;7 —строительство иустановкаплатформ 1и2;б—строительствоиустановкаплатформ3и4; 9 —эксплуатационное бурение; 10 —разработкаи одобрение проектов транспортированиянефти; 11 —строительствотрубопровода; 12—начало эксплуатацииместорождения; 13—максимальныйуровеньдобычинефти
ется 17 лет. Кроме ценнанефть, за этовремямогутизмениться также и законы, регламентирующие порядоквозмещенияком паниям вложенныхимисредств.
Правильныйвыборпроекта, решениевсехпроблем вкорот кие сроки, связанных с его выполнениемобеспечатнефтяным компаниямвозмещение вложенныхзатрат, поэтомуоченьваж ным моментом является предварительная оценкапроекта.
4.3. СОЗДАНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ ОСТРОВОВ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МОРСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В АРКТИЧЕСКИХ РАЙОНАХ
В начале 80-х гг. XX в. Арктика являлась одним из самых перспективных районов для открытия крупных месторождений углеводородов. С целью успешного бурения поисковых и разве дочных скважин необходимо тщательное планирование и точ ное соблюдение графика. Невнимательное отношение к любой операции ведет к увеличению возможности аварии и резкому повышению затрат. В Арктике ежесуточные затраты на буре ниескважины, какправило, составляли 100 —150 тыс. долл. [12], поэтому следует, по возможности, стремиться сокращать время выполнения операций, что может быть обеспечено правильным подбором надежногои экономическиоправданногооснования.
Какотмечалосьвыше, к 1983 г. самымираспространенными основаниями на арктическом шельфе являлись искусственные острова. Ни металлические, ни железобетонные стационарные платформы в определенныхусловиях не выдерживаютледовых нагрузок, а, как показала практика, такие нагрузки способны выдерживать большие искусственные острова. Перспектива их использования при освоении месторождений в море Бофорта вэтотпериодвременибыласамаяблагоприятная. Наосновании опыта эксплуатации существующих искусственных островов была разработана концепция их создания и использования под основания для бурения скважин и эксплуатации месторожде ний. Наиболеетипичноеместорождение включалорядсооруже ний, которыебудутпредставлены ниже.
Для создания.искусственных островов из всего многообра зия строительной техники требуются в основном земснаряды, способные поднимать грунт со дна и транспортировать его на большие расстояния. Один из земснарядов, спроектированный фирмой «Доум петролеум» для круглогодичной эксплуатации вмореБофорта, представленнарис. 4.15.
Его производительностьоколо 11 млнм3 грунтавгод. Основ ныеэлементы:
— ледостойкий корпус, позволяющий земснаряду автоном но передвигатьсявольдахвтечение года;
Рис. 4.15.Земснаряд фирмы «Доум петролеум»:
1—всасывающая труба; 2 —грунтоприемник; 3 —выдвижная колонна
—всасывающие трубы, грунтоприемники и грунтовые насосы, управляемые через отверстие впалубе, чтопредохраня етихотвоздействияльда;
—грунтовый трюм, в 2 —3 раза превышающий по объему грунтовыетрюмы существующихземснарядов;
—выдвижная колонна, позволяющая земснаряду работать
наглубинахморядо80 м.
Первый земснаряд этой серии приступил к работе в море Бофорталетом 1983 г.
Буровое и технологическое оборудование монтируется на баржах и размещается на акватории между двумя островами, имеющимиполукруглую форму, чтообеспечиваетнеобходимую защитуотледовыхвоздействий.
На каждом нефтяномместорождении строится большойис кусственный остров в форме атолла, который служитдлядобы чинефтии наливаее втанкеры. Такоесооружение защищаетот