5. Техника и технология разработки морских месторождений ув

5.1. МНОГООБРАЗИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ОСВОЕНИИ МОРСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА

Промышленное освоение морских нефтегазовых месторождений начинается после получения достаточно достоверных результатов геологической разведки бурением, включая получение промышленных притоков нефти и газа, подсчета и утверждения запасов углеводородов (УВ) и выполнения комплекса проектных работ, связанных с технико-экономическим обоснованием освоения конкретного месторождения. В ре­зультате рассмотрения наиболее рациональных технологий разработки месторожде­ния и вариантов его обустройства (с учетом стоимостных показателей и сроков реализации в совокупности с суммарной добычей УВ) выбирается оптимальный вариант, который после утверждения в соответствующих надзорных государствен­ных инстанциях подлежит реализации в обуславливаемые сроки.

Извлечение суммарного объема углеводородов с наименьшими затратами являет­ся конечной целью освоения конкретной залежи. Но для поиска оптимального реше­ния необходимо рассмотреть, а точнее «перебрать» несколько наиболее подходящих для конкретного объекта вариантов обустройства, что и позволит сделать свой окон­чательный выбор. Поэтому в рассматриваемых вариантах могут быть рекомендованы не только различные типы морских нефтегазопромысловых сооружений (МНГС), но и плавучие технические средства, а также береговые технологические сооружения (так называемые береговые технологические комплексы — БТК).

БТК могут возводиться не только на морских побережьях, но и (там, где это целесообразно) на мелководных акваториях путем создания искусственных островов. Современные МНГС характеризуются большим разнообразием по конструкции, тех­нологическому предназначению, материальному и конструктивному исполнению, по характеру закрепления на морском дне, по количеству скважин и технологичес­ких операций на них, числу опорных блоков, по ярусности, форме и площади палуб верхних строений платформ (ВСП).

Это многообразие обусловлено, прежде всего, разнообразием климатических и геолого-технических условий, гидрометеорологических сведений на точке, где пред­полагается установить платформу.

Конструкцию платформ определяют глубина воды, интенсивность волновых, вет­ровых и, возможно, ледовых нагрузок, технические возможности строительства, береговая инфраструктура, удаленность от берега, оптимальные условия транспорти­ровки и обработки добываемой пластовой продукции и т.д.

В связи с этим МНГС можно классифицировать по:

а) материальному исполнению:

- грунтовые,

- ледовые,

- металлические,

- железобетонные,

- комбинированные;

б) конструктивным особенностям:

- дамбы и острова (насыпные),

- эстакады с приэстакадными площадками,

• погружные платформы,

• маятниковые сооружения,

• сооружения на натяжных опорах;

в) методам крепления ко дну моря:

• свайные,

• гравитационные,

• свайно-гравитационные,

• с якорными оттяжками (из канатов, цепей, труб, штанг);

г) внешним воздействиям:

• от волновых нагрузок (в том числе и «цунами»),

• от ледовых нагрузок,

• от степени сейсмичности района;

д) назначению:

• бурение скважин с одновременной их эксплуатацией, включая подготовку пластовой продукции (ПП) до товарной кондиции,

• бурение скважин с одновременной их эксплуатацией и последующей подготовкой ПП до товарных кондиций на берегу, тендерном судне или же в центральной технологической платформе (ЦТП),

• только эксплуатация скважин с их бурением с ПБУ,

• бурение скважин с ПБУ с последующей их эксплуатацией на стационарном основании и подготовкой ПП до товарных кондиций.

Со временем в основу классификации МНГС стали закладывать совокупность определенных принципов, что оправданно не только значительным усложнением самих конструкций, но и тяжелыми природными условиями новых акваторий, где открыты нефтегазовые залежи.

Это утверждение основано на тенденциях освоения более глубоководных акваторий и замерзающих морей, осложненных сейсмической активностью. Обстоятельства побуждают к поиску новых технических решений, реализация которых будет способствовать дальнейшему развитию МНГС и совершенствованию его классификации.

Наиболее полной из последних представляется предложенная Д.А. Мирзоевым классификация МНГС.

Не вдаваясь в подробности этой классификации, отметим лишь тенденции создания таких сооружений в различных условиях:

• на мелководье незамерзающих морей возможны островные сооружения при необходимости соединенные между собой дамбами. Здесь приемлемы также эстакады (предназначенные для прокладки по ним трубопроводов и перевозки грузов и людей) с приэстакадными площадками (для размещения скважин технологического оборудования);

• на глубинах до 300—350 м преимущественно используются стационарные платформы (со свайным или гравитационным закреплением), которые в зависимости от местных условий и промышленной инфраструктуры могут быть как металлическими, так и железобетонными;

- при глубинах свыше 300—350 м стационарные платформы встречаются довольно редко, на смену им приходят полупогружные плавучие технологические комплексы или суда, на которые поступает пластовая продукция уже для скважин с подводным заканчиванием.

Для эксплуатации месторождений возможна и комбинация стационарных сооружений с плавучими средствами – полупогружными платформами и судами. Например, сочетание малогабаритного бурового основания с тендерным судном, на которое поступает вся добываемая ПП, также подготавливаемая для последующей отгрузки на челночно курсирующие танкеры. Другим вариантом может быть сочетание СПБУ с выдвижной консолью (на которую переводится буровая установка, обладающая возможностью бурения до 9—12 скв.) со стационарной платформой, где размещается технологическое оборудование.

Удаленность от береговых баз, а также продолжительность ледового периода, затрудняющая регулярное снабжение платформ, вызывают необходимость обеспечения их продолжительной автономности. Независимо от климатических условий необходимо создавать достаточно комфортные условия на рабочих местах и местах отдыха для вахтенного пребывания обслуживающего персонала, что тоже ведет к увеличению размеров сооружений. И, наконец, следует отметить уязвимость северной природы требующая повышенных мер по защите окружающей среды, надежности и безопасности морских сооружений.

Совокупность указанных факторов привела к созданию новых типов сооружений принципиально отличающихся от традиционных стальной, сквозной или решетчатой конструкций, прекрасно зарекомендовавших себя в незамерзающих морях, не всегда приемлемых для жестких условий северного континентального шельфа. Исходя из общего анализа природно-климатических условий северных и дальневосточных морей и принимая во внимание географические и экономические факторы этих районов, можно установить область применения передвижных, переносных, стационарных и искусственных островных сооружений.

Бурение и эксплуатация нефтегазовых месторождений в условиях замерзающих морей проводятся с помощью МНГС в зависимости от глубин моря. При наличии карьеров крупнозернистого песка (гравия, камня) наиболее доступными в исполнении для глубин моря до 5 м являются искусственные островные сооружения (с укрепленными и неукрепленными откосами), соединенные между собой и с берегом грунтовыми дамбами.

При наличии крупных дрейфующих льдин, подводная часть которых может бороздить дно, предлагается использовать туннельно-шахтный метод. В этом случае по морю прокладывается туннель до места, где создается искусственная полость (камера) над месторождением, достаточная для размещения бурового и эксплуатационного оборудования. Применение этого метода зависит, безусловно, от расстояния месторождением и берегом, а также от грунтовых условий по трассе прокладки туннеля. Однако необходимо заметить, что этот метод еще нигде не реализован.

На мелководных участках (до 15—20 м), в отсутствие высокой сейсмичности, наиболее эффективными могут оказаться островные сооружения из земляных или иных материалов в сочетании с железобетонными или металлическими ограждающими конструкциями. Примерно на этих же глубинах в определенных условиях можно применение железобетонных и металлических платформ наплавного типа, балластируемых песком.

Глубоководные стационарные платформы делятся, в зависимости от реакции сооружения на воздействие динамической волновой нагрузки, на «жесткие» и «упругие», что, во-первых, объективно отражает соотношение их главных размеров и конфигурации, а во-вторых, указывает на величину собственных колебаний. Например, период колебаний жестких оснований находится в пределах 4—6 с упругих — превышает 20, а в одном из проектов плавучей башни достигает 138.

По способам обеспечения устойчивости под воздействием внешних нагрузок платформы подразделяются на «гравитационные» и «свайные» Если же сооружение неподвижно относительно морского дна благодаря собственной массе и системе свай — оно относится к конструкциям со смешанным способом крепления (гравитационно-свайным).

Разделение конструкций на «жесткие-гравитационные» (или «гравитационно-свайные») базируется на преимущественной составляющей доле материала, из которое изготовлено сооружение. Так, к «стальным» отнесены трехопорные основания (треноги) и пространственные фермы (джекеты); к «бетонным» — гравитационные башни а к «комбинированным» — конструкции, основные части которых из стали и бетона.

В категории «жесткие-свайные» конструкции подразделяются на «стандартны фермовые» и «плавучие фермовые».

По способам обеспечения устойчивости под воздействием внешних нагрузок упругие конструкции подразделяются:

• на «башни с оттяжками» — сохраняющие свою устойчивость с помощью системы оттяжек, резервуаров плавучести и противовесов;

• «плавучие башни» — подобные качающемуся маятнику, возвращающиеся в состояние равновесия с помощью порожних резервуаров, установленных ниже уровня моря в верхней части опорной конструкции;

• «гибкие башни» — отклоняющиеся от вертикали под воздействием волн; но при этом они, подобно сжатой пружине, стремятся возвратиться в состоянии равновесия.

Платформы разной конструкции объединяются едиными квалификационными признаками и по классификации образуют десять групп конструкций, обозначаемые началъными буквами английских слов, что принято в качестве отличительных признаков. Например, RGS: Rigid Gravity Steel — жесткая-гравитационная-стальная RGC: Rigid Gravity Concrete — жесткая-гравитационная-бетонная.

В заключение следует отметить, что высоту платформы (ее опорной части) необходимо принимать с учетом не только глубины воды и высоты волн, но и с учетом опускания морского дна по мере разработки месторождения. Так, компания «Филлипс Петролеум» вынуждена была провести в 1987 г. дополнительные операции по подъему семи платформ на месторождении Экофиск (Северное море) на 6—6,5 м, чтобы компенсировать их погружение в результате проседания дна.