Промышленное освоение континентального шельфа
Промышленное освоение шельфа не ограничивается только добычей рыбы и полезных ископаемых.
Континентальный шельф можно использовать и для получения энергии. С 1967 года эксплуатируется приливная электростанция «Ля Ранс» во Франции – первая и крупнейшая в мире приливная электростанция в устье реки Ранс, рядом с г. Сен-Мало в области Бретань Франции.
Приливная электростанция «Ля Ранс»
Выбор места строительства электростанции был обусловлен значительными приливами в устье реки, высота которых здесь может достигать 13,5 м, а их обычная высота – 8 м. Мощность электростанции «Ля Ранс» – 240 МВт. Себестоимость одного кВт·чстанции «Ля Ранс» приблизительно в 1,5 раза ниже обычной стоимости кВт·ч на электростанциях Франции. Станция имеет протяженную плотину длиной 800 м.
В России c 1968 года действует экспериментальная приливная электростанция в Кислой губе на побережье Баренцева моря. На 2009 год её мощность составляет 1,7 МВт.
Кислогубская приливная электростанция
Приливные электростанции существуют в Великобритании, Канаде, Китае, Индии, СШАи других странах. Известные станции: Канадская – ПЭС Аннаполис и Норвежская – ПЭС Хаммерфест. Преимуществами ПЭС являются экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками – высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность.
Многие страны, особенно островные (Япония, Океания) используют континентальный шельф для увеличения своей территории под размещение промышленных предприятий, аэродромов и жилых массивов. В 1981 году в районе г. Кобе (Япония) был построен самый крупный искусственный остров площадью свыше 400 га, на котором размещены порт и город на 20 тысяч жителей.
Сооружения для разведки и разработки морского нефтегазового месторождения можно классифицировать следующим образом:
по этапу освоения:
поисково-разведочные – геологоразведочные суда, буровые суда, буровые установки;
эксплуатационные – искусственные острова, искусственные территории, дамбы, эстакады, буровые установки, буровые платформы.
по району эксплуатации:
ледостойкие – с использованием специальной выносной конструкции, с обеспечением местной прочности в районе действия льда и пр.;
сейсмостойкие – не опирающиеся на грунт, с защитой помещений и оборудования амортизаторами и пр.;
волностойкие;
с защитой от нескольких внешних факторов.
по глубине воды в месте установки:
мелководные – 0–50 м;
средней глубины – 50–150 м;
глубоководные – 150–350 м;
сверхглубоководные – более 350 м.
по мобильности: стационарные и подвижные (самоходные, несамоходные).
по способу удержания на месте:
опирающиеся на дно – гравитационные, на свайном основании, свайно-гравитационные, в виде мачты с оттяжками;
плавучие – динамически удерживаемые на месте, с якорной системой удержания, на натянутых связях (TLP, SPAR).
по материалу:
стальные,
бетонные,
из композиционных материалов,
из природных материалов.
по конструктивному признаку:
на монолитном или сквозном опорном блоке – с монолитным опорным основанием, с ферменным опорным основанием, с шарнирно-закрепленной опорой, с комбинированным опорным основанием;
погружные;
самоподъемные плавучие буровые установки (СПБУ);
полупогружные плавучие буровые установки (ППБУ) (катамаранного типа, тримаран, пентагон и пр.)
Каждая разновидность этих сооружений имеет своё применение – с учётом глубины залегания шельфа, особенностей проводимых работ и природных условий. Однако ко всем видам нефтяных платформ предъявляются повышенные требования по прочности, надёжности, безопасности, экологичности. Поэтому очень важно, чтобы все элементы сооружения были изготовлены из высококачественных материалов.
При глубинах воды до 40 м, например, на Каспийском море, широко применяются металлические платформы сквозного типа, с которых производят бурение, а обслуживание вышек и транспортировка добытой нефти обеспечивается по эстакадам, соединяющим буровую с берегом. На Каспии сейчас из 22-х разведанных месторождений нефти эксплуатируются 20, но большинство из них принадлежат не России.
Металлические эстакады сквозного типа
Нефтяное месторождение имени Юрия Корчагина на Каспии в 180 км от Астрахани, разрабатывает компания «Лукойл»
Каспий
Каспий
Каспий
Одна из старейших буровых платформ на Каспии
Каспий
Буровая платформавморе
При больших глубинах платформы сквозного типа на сваях имеют связь с берегом только по воде или по воздуху – как правило, на них оборудуются вертолетные площадки
Металлические платформы сквозного типа имеют преимущества:
легче переносят волнение при штормах,
быстро изготавливаются и могут быть смонтированы на месте большими плавкранами,
относительно дешевы,
В то же время они имеют ряд недостатков:
легко повреждаются плавающим льдом, поэтому обычно применяются только на юге,
металл быстро корродирует,
буровая скважина открыта – отсюда вероятность загрязнения моря.
глубина их использования обычно ограничена 100 м.
Самоподъёмные плавучие буровые платформы используют для бурения главным образом при глубине моря 30-106 м. Они представляют собой водоизмещающий трёх- или четырёхопорный понтон с производственным оборудованием, поднятый над поверхностью моря с помощью подъёмно-стопорных механизмов на высоту 9-15 м. При буксировке понтон с поднятыми опорами находится на плаву; в точке бурения опоры опускаются.
Плавучие буровые платформы полупогружного типа используют для бурения скважин в основном при глубине моря 100-300 м и представляют собой понтон с производственным оборудованием, поднятый над поверхностью моря (на высоте до 15 м) с помощью 4 и более стабилизирующих колонн, которые опираются на подводные корпуса (2 и более). Буровые платформы транспортируют к точке бурения на нижних корпусах при осадке 4-6 м. Плавучая буровая платформа погружается на 18-20 м путём приёма водяного балласта в нижний корпус. Для удержания полупогружных буровых платформ используется восьмиточечная якорная система.
Плавучая буровая установка
Морские буровые платформы 1 — стационарная платформа; 2 — погружная платформа; 3 — плавучая буровая установка; 4 — бурильное судно
Морская полупогружная буровая платформа Moss CS-50
Погружные буровые платформы применяют для бурения разведочных или эксплуатационных скважин на нефть и газна глубине моря до 30 м. Они представляют собой понтон с производственным оборудованием, поднятый над поверхностью моря с помощью колонн квадратной или цилиндрической формы, нижние концы которых опираются на водоизмещающий понтон или башмак, где расположены балластные цистерны. Когда такую платформу доставляют к месту работы, балластные цистерны водоизмещающего понтона заполняются водой и вся платформа становится на грунт.
Стационарные морские буровые платформы используют для бурения и эксплуатации куста скважин на нефть и газ при глубине моря до 320 м. С одной платформы бурят до 60 наклонно направленных скважин. Стационарные буровые платформы представляют собой конструкцию в виде призмы или четырёхгранной пирамиды, возвышающейся над уровнем моря (на 16-25 м) и опирающейся на дно с помощью забитых в дно свай (каркасные буровые платформы) или фундаментных башмаков (гравитационное буровые платформы). Надводная часть состоит из площадки, на которой размещено энергетическое, буровое и технологическое оборудование, жилой блок с вертолётной площадкой и другое оборудование общей массой до 15 тысяч тонн.
Стационарные буровые платформы предназначены для длительной (не менее 25 лет) работы в открытом море, и к ним предъявляются высокие требования по обеспечению пребываний обслуживающего персонала, повышенной пожаро- и взрывобезопасности, защите от коррозии, мероприятиям по охране окружающей среды и др. Для каждого месторождения разрабатывается свой проект комплектации платформ энергетическим, буровым и эксплуатационным оборудованием, при этом конструкцию платформы определяют условия в районе бурения, глубина бурения, дебит и число скважин, количество станков для бурения.
Буровая платформа в Северном море
Гравитационные железобетонные платформы применяют на глубинах от 100 до 200 м. Гравитационные платформы устанавливаются на морское дно без креплений. Такие платформы могут состоять из кессона и опорных колонн из железобетона, на которые устанавливают стальное верхнее строение с оборудованием. Масса бетона может достигать нескольких сотен тысяч тонн, а площадь опорной плоскости – 15 тыс. м2. Они более долговечны, изготавливаются на берегу и на плаву доставляются буксирами на место установки. Емкости основания можно использовать для хранения нефти. Буровой инструмент проходит внутри колонны, поэтому уменьшен риск загрязнения моря. Гравитационные платформы изготавливаются целиком из железобетона либо комбинированными (опоры из металла, башмаки из железобетона) и удерживаются за счёт массы сооружения. Основания гравитационной буровой платформы состоят из 1-4 колонн диаметром 5-10 м.
Условная схема глубоководной платформы гравитационного типа приведена на рисунке.
Глубоководная платформа гравитационного типа:
1 – буровая; 2 – верхнее строение; 3 – ж/б колонны; 4 – опорная часть –
ж/б понтон 100×100 м, разделенный на 64 отсека
Платформы всех типов используются российскими фирмами при добыче нефти и газа. В частности, компания «Лукойл» ведет работы на Каспийском море.
При освоении континентального шельфа северных морей возникают дополнительные трудности из-за тяжелых ледовых условий. Для преодоления трудностей применяют два различных подхода.
Первый – строительство искусственных островов. Такой способ применим, если глубины небольшие. В 1983 году в море Бофорта на северном побережье Аляски (США) построен искусственный остров. При средней глубине 20 м сначала было сделано так называемое «обмеление» до отметки минус 9 м, потом были подведены на плаву и затоплены 8 металлических понтонов и пространство между ними замыто песком до отметки плюс 3 м. Верх понтонов снабжен наклонным парапетом высотой 4,5 м для отражения волн и льда.
Морская буровая платформа компании «Лукойл» «Астра» готовится к началу проведения испытания на нефтегазовой структуре Ауэзова в средней зоне казахстанского шельфа Каспия
Второй способ – ледостойкие гравитационные платформы. Пример такой платформы с конической опорной частью приведен на рисунке.
Схема ледостойкой платформы:
1 – верхнее строение закрытого типа с буровой и вертолетной
площадкой; 2 – опорная часть; 3 – ледовый покров
Наиболее современные платформы создаются сейчас в рамках проекта добычи газа «Сахалин II».
Основное место добычи газа для проекта «Сахалин II» – Лунское месторождение, где установлена ледостойкая платформа гравитационного типа «Лунская-А» (Лун-А). Платформа Лун-А была установлена в июне 2006 года на Лунском газовом месторождении в Охотском море в 15 км от побережья на глубине 48 м. Платформа Лун-А оснащена минимальным технологическим оборудованием. Она предназначена для круглогодичной добычи и добывает большую часть газа для завода по производству сжиженного газа. Добыча газа на ней началась в январе 2009 года.
На ПА-А («Моликпак») и ПА-Б добывается попутный газ, который используется как для производства электричества, так и поступает в систему трубопроводов.
На каждой платформе находятся центры оперативного управления производством и строительством скважин. Работа всей комплексной системы добычи в режиме реального времени с помощью высокоскоростных каналов спутниковой и оптоволоконной связи передается в центр управления производством, находящийся в штаб-квартире компании в Южно-Сахалинске. Сопровождение бурения осуществляют группы специалистов отделов освоения и отделов проектирования и строительства скважин, в которые входят инженеры-буровики, геологи, инженеры по разработке месторождений, технологи по добыче, петрофизики и геофизики.
Скважины Лунского месторождения – самые большие по диаметру среди всех добывающих скважин в России: колонны насосно-компрессорных труб имеют диаметр 244 мм. Применение подобных скважин позволяет значительно снизить эксплуатационные и капитальные затраты и увеличить объемы добычи. Проектная производительность каждой скважины Лунского месторождения составляет 9–10 млн. м³ газа в сутки.
Основание платформы Лун-А представляет собой железобетонное основание гравитационного типа с четырьмя опорами, на которых располагаются верхние строения платформы с технологическим оборудованием и сооружениями. Юго-восточная опора используется как площадка скважины, северо-восточная опора предназначена для стояков морского трубопровода/труб с закруглением большого радиуса, а остальные две опоры будут служить для установки насосов и резервуаров.
Верхние строения платформы были построены в Южной Корее. На верхних строениях платформы размещено буровое оборудование и оборудование для сепарации жидких углеводородов, хранилище для химических реагентов и жилой модуль. В целях безопасности все технологическое и буровое оборудование расположено на противоположном от жилого модуля конце платформы. Основные рабочие зоны закрыты, в них предусмотрен контроль температуры и вентиляции. Оборудование, расположенное на открытом воздухе, оснащено средствами защиты от обледенения и низких температур.
Для транспортировки верхнего строения платформы на Сахалин была построена специальная баржа. Во время погрузки на баржу верхнее строение поднималось домкратами на высоту 25 м. В июне 2006 года верхние строения платформы Лун-А были установлены на основание методом надвига. Баржа с верхними строениями была размещена между опорами железобетонного основания, и массивная конструкция верхних строений посредством балластировки судна была медленно и осторожно опущена на опоры основания. Верхние строения были прикреплены к опорам скользящего типа. Опоры скользящего типа размещены под верхним строением платформы, чтобы обеспечить ее подвижность во время землетрясения, в то время как железобетонные основания гравитационного типа остаются прочно стоять на морском дне.
Лун-А используется для бурения с расширенным радиусом охвата отклоненных скважин с максимальным горизонтальным отклонением до 6 км и максимальной истинной вертикальной глубиной 2920 м.
Основные показатели платформы Лун-А следующие:
основание:
высота 69,6 м;
масса 103 000 тонн;
размеры плиты основания: 88 × 105 × 13,5 м;
высота опоры: 56 м;
диаметр опоры: 20 м.
верхние строения:
масса 21 800 тонн;
высота факельной трубы 105 м.
предусмотрено размещение 126 человек, однако проживает 140 чел.
Расчетная производительность платформы Лун-А составляет более 50 млн. м3 газа при объеме добычи попутного конденсата и нефти – примерно 8000 м3 (50 000 баррелей) в сутки.
Транспортировка платформы Лун-А к месту установки
Шельф острова Сахалин. Охотское море. Буровая платформа Лунское А (платформа Лун-А)
Платформа Лун-А – это автономное промышленное предприятие со своей инфраструктурой
Платформа Лун-А
Платформа Лун-А
Нефтегазодобывающая платформа ПА-Б
Пример использования ледостойкого северного варианта платформы – на нефтяном месторождении «Приразломное».
Приразломное нефтяное месторождение, лицензией на разработку которого владеет ООО «Газпром нефть шельф», расположено на шельфе Печорского моря в 55 км к северо-западу от Варандея и в 320 км от города Нарьян–Мар.
Морская ледостойкая стационарная платформа (МЛСП) «Приразломная» – основной элемент обустройства Приразломного месторождения – представляет собой многофункциональный комплекс, с помощью которого будут выполняться все технологические операции на месторождении: бурение скважин, добыча нефти и газа, хранение, отгрузка нефти на танкеры, выработка тепловой и электрической энергии.
«Приразломная» – первая отечественная морская буровая платформа, способная работать на шельфе Ледовитого океана. Ее заложили на Архангельских верфях в 1995 году. Главным подрядчиком поначалу выступали англичане, над начинкой работали американские специалисты, а всего при строительстве буровой были привлечены более 100 подрядчиков из-за границы и 5 тысяч рабочих.
МЛСП «Приразломная» рассчитана на эксплуатацию в самых неблагоприятных условиях. Так, ветер и отрицательные температуры в районе добычи составляют 40 % времени года, количество штормов достигает 22-х в год при средней продолжительности шторма 9,5 суток, устойчивый ледяной покров держится 7 месяцев в году с ноября по май, средняя высота волн составляет 3,9 м, а максимальная достигает 13 м.
Морская ледостойкая стационарная платформа (МЛСП) «Приразломная»
Платформа надёжно удерживается на дне моря за счёт своего гравитационного веса, от подвижек ее защищает каменная берма, от волновых и ледовых воздействий – высокопрочный дефлектор, который в районе ледового пояса изготовлен из плакированной коррозионно-стойкой нержавеющей стали. Платформа может выдержать землетрясение силой 5-6 баллов.
В целях исключения утечки паров легких углеводородов и обеспечения взрывобезопасности платформы хранение нефти и дизтоплива в танках – хранилищах кессона (опорного основания платформы) осуществляется «мокрым» способом с использованием морской воды для исключения свободных пространств и предотвращения скопления в них взрыво- и пожароопасных смесей.
Достройка и проведение пуско-наладочных работ на МЛСП
«Приразломная» в Мурманске на 35 судоремонтном заводе
МЛСП «Приразломная»
Управление технологическими процессами и системами безопасности на МЛСП «Приразломная» производится с помощью Автоматизированной системы управления и безопасности (АСУБ), предназначенной для централизованного автоматизированного управления процессом добычи, подготовки, хранения и отгрузки нефти, управления тепло-энергетическим комплексом, управления системами жизнеобеспечения, контроля состояния пожарной и газовой обстановки, защиты и своевременной остановки технологического процесса при угрозе аварии.
Высота одной только буровой вышки – 52 метра, как 17-этажный дом. 48 скважин способны добывать ежедневно до 20 тысяч кубометров нефти.
Состав платформы:
верхнее строение: масса – 39 тыс. тонн, включает в себя: буровую вышку, колодцы для скважин (40 шт.), две системы отгрузки продукции мощностью 10 тыс. куб.м/час.
Опорное основание/кессон:
масса – 79 тыс. тонн;
габариты – 126 × 126 м.
включает в себя:
14 танков для нефти общим объемом 113 тыс. м3,
2 танка для воды общим объемом 28 тыс. м3.
Добыча нефти до 180 тыс. баррелей (22 тыс. тонн) в сутки.
Количество скважин: 48 штук.
Объем нефтехранилищ: 127000 куб. м.
Персонал 160 чел.
Габариты: 126 х 126 х 91 м.
Вес платформы: 85000 тонн.
Срок службы 25 лет.
Рост цен на нефть и возможное падение мировой добычи заставляют разрабатывать платформы, которые могут забирать нефть из-под морского дна с больших глубин. Среди буровых платформ есть настоящие гиганты, носящие титул самых больших из рукотворных подвижных сооружений. Существует несколько типов платформ (см. схему внизу). Среди них – стационарные (то есть опирающиеся на дно), вольно закрепленные полупогруженные буровые платформы, мобильные платформы с выдвижными опорами. Рекорд по глубине морского дна, над которым работает установка, принадлежит сегодня плавучей полупогруженной платформе Independence Hub (Мексиканский залив). Под ней простирается толща воды в 2414 м. Полная высота платформы Petronius (Мексиканский залив) – 609 м. Еще недавно это сооружение было самым высоким строением в мире.
Системы буровых платформ: в зависимости от глубины морского дна в районе добычи применяются разные конструкции платформ: стационарные, плавучие, а также системы, установленные на дне
Свои планы добычи газа на шельфе Черного моря разрабатывает Украина.
Проект украинской буровой платформы для добычи собственного газа в Черном море