4.1 Комбинированные способы разработки шельфовых нефтяных и газовых месторождений
При разработке морских нефтегазовых месторождений на практике, как правило, сравнительно редко применяют только один из перечисленных выше методов. Обычно используют комбинированные способы сооружения морских промыслов. Например, сочетают надводный промысел с подводным устьевым заканчиванием скважин на кустовом комплексе. Надводную часть устанавливают на ледостойких платформах, на которых размещают буровые и эксплуатационные скважины, а также систему дистанционного управления оборудованием устьев подводных скважин.
Еще одним примером комбинированного промысла является вариант, когда прибрежную часть месторождения осваивают с помощью бурения наклонных скважин, заложенных на суше, а несколько удаленную от берега его часть скважинами, расположенными на эстакадах или морских стационарных платформах.
Эксплуатационные скважины могут быть пробурены также с помощью передвижных буровых установок в комбинации со стационарным блоком или подводным эксплуатационным комплексом. Кроме того, при эксплуатационном бурении используют тендерное судно или платформу тендерного типа, размеры которой позволяют размещать на ней лишь буровую вышку и энергетическое обеспечение. Остальное оборудование, материалы и жилые помещения находятся на тендерном судне, пришвартованном к платформе.
В настоящее время комбинированные платформы применяют в зависимости от гидрометеорологических и ледовых условий района. Бурение скважин проводят в межледовый период с использованием комбинированной конструкции, состоящей из крупноблочного ледостойкого основания и дополнительной временной буровой платформы, в качестве которой используют неледостойкие переносные платформы, демонтируемые после завершения буровых работ. Для эксплуатации скважин оставляют только ледостойкую часть основания, площадь которой достаточна для размещения эксплуатационного оборудования.
Для лучшего понимания типичных сценариев разработки ниже приводится пример технологии разработки морских месторождений на малых и средних глубинах (меньше 200 м). Будет сделан обзор концепции глубоководных разработок и технологии добычи на больших глубинах.
Обзор технологии разработки морских месторождений на малых и средних глубинах (меньше 200 м).
1. В международной практике при бурении скважин в районах мелководья, примерно до 80 м, применяются самоподъемные установки. По мере того, как появляются более современные и большие по размерам самоподъемные буровые платформы, их применение можно распространить и на большие глубины даже при неблагоприятных климатических условиях.
Традиционные основания платформ представляют собой решетчатые конструкции, выполняющие различные функции (бурение, переработка, размещение персонала). В качестве альтернативы транспортировки по трубопроводам, нефтехранилище располагается на отдельном танкере, присоединенным к морскому бую. На этом же танкере может быть установлено и необходимое оборудование для обработки нефти.
Нередко рассматриваются варианты и других типов опорных конструкций с тем, чтобы оптимизировать стоимость оснований. К таким конструкциям относятся бетонные моноопоры и самоподнимающиеся эксплуатационные платформы. Однако для относительно небольшого числа скважин имеет смысл рассмотреть возможность использования подводных систем добычи, которые применяются все чаще и чаще для трудных климатических условий.
Для тех районов мира, где сталь приходится импортировать, от руководства разработки требуется анализировать возможность использования бетонных конструкций. Подобные бетонные сооружения могут быть рассмотрены с точки зрения их самого разнообразного применения, включая хранение стабилизированной нефти.
Следует уделить внимание новейшей технологии решетчатого основания, предусматривающей замену свай присосным фундаментом, поскольку во многих случаях вес свай составляет половину веса всех стальных конструкций морских платформ, использующихся на мелководье.
2. Там, где глубина моря уже не позволяет применять самоподъемные буровые установки, скважины приходится бурить при помощи других средств. Буровое оборудование можно установить на устьевой платформе или платформе различного назначения (платформа ДПР – добыча, подготовка, размещение персонала). Благодаря применению новых легких буровых установок, недавно вошедших в употребление в Северном море, оборудование можно устанавливать на платформе при помощи платформенных башенных кранов. Скважины можно пробурить заранее при помощи полупогружных буровых платформ или использовать законченные подводные скважины.
Оборудование для добычи может быть размещено на стационарных или полупогружных платформах. Другая концепция заключается в использовании плавучей эксплуатационной системы (судна), осуществляющей, помимо добычи, обработку и хранение. Скважинный поток подается на судно с подводных скважин или устьевых платформ с последующей морской отгрузкой нефти по гибким трубопроводам непосредственно на баржи снабжения. Международный опыт применения этой концепции дал хорошие результаты.
Поскольку в мире растет озабоченность проблемами загрязнения окружающей среды, важным вопросом становится удаление газа, если его нельзя транспортировать на берег. Альтернативой выпуску газа и сжиганию его на факелах служит нагнетание газа в скважину или производство метанола в море. Эта технология вызывает большой интерес.
Следует оценить возможность применения бетонных конструкций, включающую моноопоры или многоколонные стационарные конструкции, а также бетонные полупогружные буровые платформы. Глубоководные плавучие бетонные платформы могут представлять особый интерес для работы на глубинах 120 – 1200 м и более.
Технологический статус работ на больших глубинах для разработки морских месторождений
Учитывая тот факт, что многие компании уже работают или планируют начать работу в районах с большой глубиной моря, есть необходимость рассмотреть вопрос применимости технологии работ на больших глубинах. В этом разделе речь пойдет о морских районах, свободных ото льда.
В нескольких рассматриваемых глубоководных районах дно покрыто слоем ила и наблюдается его перемещение. Это может привести к нестабильности морского дна. Помимо этого, предполагается, что в районах, расположенных неподалеку от дельт крупных рек, дно состоит из мягких материалов. В случае землетрясений оно также может оказаться нестабильным. Эти факты влияют на расположение скважин, донных плит и маршруты прохождения трубопроводов.
Состояние технологии в отношении глубоководных концепций может быть кратко изложено следующим образом:
а) накоплен опыт работы на глубинах 200 – 350 м в Северном море, Мексиканском заливе и в морской зоне Бразилии. Для таких глубин самым вероятным будет применение стационарных платформ с решетчатыми опорами (например, решетчатая опора Буллвинкль для Мексиканского залива высотой 411 м) в случае, если понадобится бурение большого числа скважин. Там, где скважин немного, лучше всего применять технологию подводного бурения. Углеводороды с подводных скважин будут поступать на расположенную, на мелководье платформу или на плавучие эксплуатационные установки (рисунок 4. 1).
Следует отметить, что многие компании прокладывали морские трубопроводы большого диаметра на глубинах до 350 м;
б) для глубин от 350 до 500 м следует иметь в виду, что:
на многих месторождениях скважины уже были пробурены на глубине
500 м. Глубина подводных работ может быть увеличена до 500 м. В Бразилии на месторождении Марима подводная добыча идет с глубины 492 м;
- в настоящее время нет возможности вести водолазные работы по установке, ремонту оборудования и трубопроводов на глубинах, превышающих 350 м. Поэтому существует тенденция осуществления разработки без использования водолазов на таких глубинах;
- в настоящее время для глубин до 500 м имеется в наличии технология применения плавучих платформ;
- платформы с натяжными связями были установлены в Мексиканском заливе на глубине моря 536 м (месторождение Жолиет). Особенно важный опыт использования бетонных конструкций может получить проект Хейдрун для глубины 345 м;
- нашли применение плавучие эксплуатационные суда, поставленные на якорь или динамически позиционированные. Например, судно, установленное на месторождении Гриптон, и судно Статойла на месторождении Норне при глубине моря, равной 350 м в Норвегии;
- полупогружные эксплуатационные платформы и глубоководные плавучие платформы
Рисунок 4.1 – Танкер, превращенный в эксплуатационное динамически позиционированное судно
На рисунке 4.1 показаны возможности применения конструкций, используемых на средних глубинах, для глубоководных концепций;
в) в настоящее время нефтяная промышленность перестраивается на освоение глубин 500 – 1000 м:
- бразильская компания «Петробраз» провела проверочное испытание на месторождении Марлим, на глубине 700 – 800 м, и теперь будут устанавливать эксплуатационное судно на месторождении Банакуде на глубине 840 м;
- изготавливается платформа с натяжными связями для глубины 870 м для более крупного месторождения в Мексиканском заливе;
г) необходимо отметить, что:
- были пробурены скважины на глубину до 2000 м с использованием динамически позиционированных буровых установок или буровых судов и до 1000 м с использованием платформ, поставленных на два якоря;
- технологию работ на больших глубинах можно расширить до 1000 – 1200 м, а возможно и более, после проведения дополнительных исследований;
- добыча углеводородов может производиться с подводных скважинных манифольдов, которые затем направляются на динамически позиционированные плавучие платформы или эксплуатационные суда.
Использование глубоководных плавучих платформ (возможно, бетонных) может представлять собой больший интерес для среднего/большого объема добычи на глубинах до 1000 м. В том случае, когда газ нагнетается в пласт, глубоководная плавучая платформа может функционировать независимо от трубопровода. Использование платформ с натяжными связями (ПНС) будет становиться все более дорогостоящим по мере увеличения глубины, скажем, до 1000 м. Для плавучих платформ и эксплуатационных судов потребуется дальнейшая работа, связанная с проектированием стояков и гибких трубопроводов;
Рисунок 4.2 – Способы применения различных систем добычи
- чтобы избежать проблем, связанных с нестабильными склонами дна, на больших глубинах, следует рассмотреть применение технологии наклонного бурения.
Необходимые элементы глубоководных проектов на глубинах 1000 – 1200 м включают:
подводную технологию для глубин 1000 м и больше, использующую механизмы и средства дистанционного управления;
разработку систем стояков и гибких трубопроводов;
разработку поставленных на якорь глубоководных плавучих платформ;
разработку ПНС;
разработку плавучих буровых установок и эксплуатационных судов (динамически позиционированных, поставленных на якорь);
дальнейшее развитие методов пробной добычи (с меньшими капиталовложениями до начала полной эксплуатации месторождения).
Следует обратить внимание на международные совместные промышленные проекты, которые позволяют использовать новые технологии с малыми затратами средств, выделенных на проект. Есть мнение, что нефтяная промышленность будет в состоянии справиться с технологическими задачами бурения, разработки и эксплуатации на глубинах 1000 – 1200 м. Что касается глубин 1200 – 1500 м, то это тоже станет возможным уже в недалеком будущем. В этом случае рекомендуется использовать принцип «постепенного захода в глубокие воды».
ЛЕКЦИЯ 5. СОВРЕМЕННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТКИ
По современным прогнозным данным в осадочной толще дна Мирового океана имеется около 200 нефтегазоносных бассейнов различного типа. К настоящему времени открыто свыше 500 месторождений, расположенных в более чем в 80 нефтегазоносных бассейнах, при этом более 400 нефтяных и газовых месторождений уже вовлечено в разработку.
Суммарная площадь осадочных бассейнов, с которыми связаны месторождения нефти и газа, в пределах шельфа оцениваются ориентировочно в 27 млн. км2 (против 30 млн. км2 на суше).
Потенциальные извлекаемые запасы нефти и газа (в пересчете на нефть в соотношении 1200 м3 газа = 1т нефти) на месторождениях акваторий морей и океанов оцениваются более чем 300 млрд. т и приблизительно равны запасам на суше. Среднегодовой уровень добычи нефти на морских акваториях Мирового океана в последние годы превысил 700 млн. т и газа – 300 млрд. м3. Более 40 стран добывают или проводят подготовительную работу по добыче нефти и газа на шельфе, а примерно 100 стран ведут разведочное бурение.
Большой технический прогресс достигнут в области техники и технологии разведки морских месторождений нефти и газа, как геофизическими, так и инженерно-геологическими методами исследования. Эти исследования ведутся с помощью искусственных спутников Земли, авиации, научно-исследовательских судов, буйковых станции, подводных аппаратов и других технических средств. Интерпретация полученных данных и построение профилей структур выполняется с помощью современных ЭВМ.
Разведочное бурение в настоящее время охватило не только шельфовые зоны, но и глубоководные районы Мирового океана. Однако основной объем буровых работ проводится на глубинах до 200 – 300 м.
Применение намывных островов или платформ с жестким основанием для разведочного и эксплуатационного бурения экономически оправдано лишь на мелководье в условиях без ледового режима.
Примером разработки морских месторождений нефти и газа с применением подобных технических решений могут служить месторождения на Каспийском море.
Основными направлениями развития разведочного бурения в мировой практике на мелководье шельфовых зон арктических морей является создание искусственных ледовых, ледогрунтовых и насыпных островов.
Технология сооружения ледовых оснований заключается в намораживании льда в зонах с незначительной глубиной моря. Под тяжестью намерзающего естественный лед постепенно погружается под воду до тех пор, пока не создается монолитный ледовый блок, опирающийся на морское дно. Для предотвращения движения созданного ледового блока и возможных разливов нефти вокруг него создается ледовое кольцо, также примороженное ко дну, и вырывается ров, систематически очищаемый от естественного обледенения. Для предохранения буровой площади от заносов вокруг ледового основания сооружаются снеговые заслоны.
Основным недостатком существующих ледовых островов является непродолжительность их существования (1,5 – 2 мес.), что не позволяет пробурить с них более одной скважины. Проводимые в настоящее время за рубежом работы по техническому совершенствованию ледовых, островов направлены, в основном, на увеличение сроков их службы для роста числа скважин, пробуренных с одного острова.
С увеличением глубины моря стоимость намывных, насыпных или ледовых оснований резко возрастает. Более экономичным и технически проще осуществимым становится бурение скважин со стационарных платформ, несмотря на то, что сооружение их требует огромных капитальных вложений.
Стационарные платформы можно условно разделить на две группы: платформы на стальных опорах, прикрепляемые ко дну моря сваями и бетонные платформы, удерживаемые за счет сил гравитации. Конструктивное исполнение этих типов платформ зависит от глубины моря, характера дна, а также факторов внешнего воздействия на сооружение.
Для глубин моря 100 – 200 м масса стальных стационарных платформ достигает 20 – 30 тыс. т. Собирают их, как правило, в специально создаваемых сухих доках или на монтажных площадках. После затопления дока платформа на плаву с помощью морских буксиров доставляется к месту бурения и устанавливается в вертикальное положение (залив Кука). По другому варианту, который в настоящее время является преобладающим, опорные блоки транспортируют на специальных судах грузоподъемностью 20 – 30 тыс. т. Платформы ко дну моря крепят сваями, забиваемыми молотами, смонтированными на бортах платформы.
Оборудование верхних строений стационарных платформ в настоящее время изготавливается в блочно-модульном исполнении, что значительно облегчает монтажные работы в открытом море.
Стальным стационарным платформам серьезную конкуренцию оказывают бетонные. Они не нуждаются в забивании свай в дно моря, надежно стоят под собственной тяжестью. Пустотелые основания и трубы используются как нефтехранилища, а площадь верхней палубы может быть значительно больше, нежели у стальных стационарных платформ.
Крупные железобетонные платформы установлены в Северном море в 1973 –
1978 гг. Масса эксплуатируемых бетонных платформ колеблется в пределах
176 – 600 тыс. т., а глубина моря в точках их установки – 94 – 153 м. Каждая платформа рассчитана на бурение и последующую эксплуатацию от 24 до
48 скважин.