книги / Морская нефть. Развитие технических средств и технологий
.pdfК компонентамоборудования плавучих эксплуатационных систем, на которыетребуется обратить особое внимание, отно ситсястоякисистемазаякоривания. Разработаны многие конст рукции эксплуатационных стояков для глубоких вод и систем заякоривания плавучих эксплуатационных объектов. Выбрать конструкцию, характеризующуюся наибольшей надежностью иэффективностью, довольнозатруднительно.
Основные преимущества плавучих эксплуатационных сис тем — высокаямобильностьилегкость повторного развертыва ния. Международные правила требуют, чтобы поверхностные платформы былиудалены после окончания их использования. В глубокихводахобъектдолженбытьудаленсповерхности, при этом заглубление остающегося «обрезка» должно бытьне мень ше40 м, т. е. прилюбом отливеверхняячастьэтого обрезадолж наоставатьсянабольшойглубине. Прииспользовании плавучих эксплуатационныхсистем иплатформ снатяжнымиопорамиэта проблема отпадает, хотя итребуется провести рядмероприятий дляснятияихсточек.
В будущем эксплуатационные системы должны бытьпопре имуществуплавучими, либо на основе платформ с натяжными опорами. Опирающиеся надно сооружения, такие как обычные стационарные платформы или упругие башни, неприемлемы
сэкономическойточки зрения на большихглубинах (рис. 3.27). С другой стороны, с ростом глубины стоимость платформ
снатяжнымиопорамииособенно платформдля выводаустьево го оборудования (характеризующихся малой массой) увеличи вается в значительно меньшей степени. Кривые (см. рис. 3.27) построены для условий Мексиканского залива, но они имеют аналоговую формуидлядругихрайоновмира.
Подводное заканчивание скважин с начала 1980-х гг. полу чиловсе более широкое распространение (рис. 3.28), особенно
приразработке глубоководныхместорождений.
В открытых системах устьевое оборудование установлено непосредственно в морской воде и подвергается воздействию полногогидростатическогодавления. В закрытыхсистемахусть евое оборудование заключено в герметичную камеруинаходит сяпри атмосферномдавлении. С ростомглубины второй вари ант становится менее применим, так как возрастает давление воды нагерметичную камеру.
4 -
Рис.3.27.Относительныезатраты на разработку нефтяных месторожде ний вМексиканском заливедляплатформ различного типа:
1 —стационарные;2—с оттяжками;3—с натяжнымиопорами;4—с на тяжными опорами и выводом устьевого оборудования
Под скважинами-спутниками понимаются скважины, про буренные на некотором расстоянии от платформы и соединен ные с ней выкидными линиями и линиями управления. Бурят также группы скважин (по две и более) через донные плиты непосредственно под буровым судном или платформой. Обыч но цель бурения скважин-спутников —дренирование окраин ных зон пласта, находящихся за пределами досягаемости на клонных скважин, пробуренныхнепосредственносплатформы; врезультатеустраняетсянеобходимостьустановки дополнитель ныхдорогостоящихплатформ. В скважинах, пробуренных через донные плиты, легче проводить ремонтные работы, однако эти скважиныдолжны бытьнаклонными, что усложняетпроцессбу рения. Кроме того, при повторном вводе вранее законсервиро ванную скважинунеобходимоотключатьсоседниескважины.
Выбор варианта бурения скважин-спутников или скважин через донную плиту зависит от характеристик данного продук тивногопласта. Намногихглубоководныхместорожденияхцеле сообразно применение обоихвариантов. Так, скважины-спутни кимогутиспользоватьсяв качественагнетательных, авкачестве добывающих —скважины, пробуренные через донную плиту.
Годы
Рис.3.28.Увеличение глубины заканчиванияскважин с подводным рас положением устья: 1—вцеломвмире;2—нашельфеСеверо-ЗападнойЕвропы;3—внорвеж ских водах
Добывающие скважиныдолжныбыть соединены с поверх ностными установками. Если платформа расположена побли зости, токнейможетбытьподведенаотдельная выкиднаялиния откаждойскважины (через единыйстояк). Такая схемапозволя ет применить регулирующие штуцеры на палубе платформы, однако большое число отдельных выкидных линий усложняет конструкцию стояка. При альтернативномварианте с использо ванием подводногоманифольдаиспользуются подводные штуце ры и более дорогостоящие линии управления. Таким образом, необходимоучитывать, соднойстороны, усложнение конструк ции стоякаприпервом варианте, а сдругой— увеличение объе маподводныхопераций, связанныхсремонтомподводного обо рудованияпривтором варианте. Помере роста глубинывсе бо лее важное значение придается уменьшениюдиаметра стояка и егосложности.
Традиционно операцииподводойвыполняются водолазами. Однако по мере увеличения глубин и усложнения подводного оборудованияработаводолазовподводойстановится все более затруднительной. Водолазы свободногопогружения могутдости гатьглубины порядка300 м. Набольшихглубинахможноисполь
зовать лишь подводные лодки и управляемые подводные аппа раты. Чем больше глубина, тем больше ограничиваютсямобиль ность этих аппаратов и способности их к выполнению конк ретных задач. Обычно ремонт подводных систем производится по модульномупринципу, т. е. на поверхностьизвлекаются пол ностью неисправные блоки-модули и заменяются новыми. Наи более уязвимые компоненты, например штуцеры, заменяются независимо отработоспособностивсейсистемы.
Возможностьобслуживанияподводного оборудованияв зна чительной степени зависит от конструкции донной плиты. Раз мещение скважин и устьевого оборудования должно обеспечи ватьхорошийдоступкним.
Эксплуатационный стояк предназначен для размещения в нем многих линий: эксплуатационных; нагнетательных; лиф товых; управления и т.д. Соединения секций стояка должны давать возможность его вертикальныхиугловых перемещений, что важно для сохранения его целостности. Применяются спе циальныеустройстванатяжения стояка.
Предусматривается возможность быстрого разъединения секцийвслучае возникновенияаварийнойситуации. В глубоких водах извлечение всех секций связано с большими затратами времени, поэтомупредпочитаютоставлятьстоякввертикальном положении, длячегонеобходимообеспечитьего плавучесть.
В качестве альтернативы может бытьиспользована концеп ция гибкого стояка, воспринимающего наиболее значительные перемещения бурового или эксплуатационного судна или плат формы. Однако в глубоких водах применение гибких стояков ограничено, так как обеспечитьпри этом ихдостаточное сопро тивление разрыву или смятию трудно вследствие их большой массы. Проблема может быть решена путем изготовления сек ций из легких материалов или увеличением плавучести таких секций. Возможно также использование комбинированной сис темы, в которойвблизиповерхностиприменены гибкиесекции, аближе к морскомудну—жесткие.
По мере увеличения глубин моря системы разработки неф тяных и газовых месторождений все более усложняются. Так, привыборетипаплатформы проектировщикбольшедумаетуже не над тем, какую платформу ему выбрать —шести- или вось мисвайную, а над тем —выбрать ли ему упругую башню или
стальную плавучую плат
/2 3 форму. На глубоководную
платформу приходится боль шаячастьобщихзатрат на ре ализацию конкретного проек та, и выбор платформы дол жен опиратьсянаимеющийся опыт, хотячасто и ограничен ный. Понимание всех особен ностей проекта играет суще ственную рольвпринятии ра циональногорешения.
Итерационный процесс проектирования систем мор ской разработки месторож дений может быть описан (рис. 3.29). Взаимосвязь меж думножествомфакторов, вли яющих на выбранное реше ние, требует определения важнейших из этих факторов истепенивзаимодействия.
Приразработкеглубоководныхместорожденийосновныетре бования — обеспечение безопасности и эффективности добычи нефти. Необходимотакжеучитыватьусловияокружающейсреды.
Скважина-открывательницадаетпервую информациюоха рактеристикахпласта, наоснове которойможет быть составлен планразработкиместорождения. В системуразработки должны входитьтакие составляющие, какпланразбуривания, конструк ция скважин и стояков, схемы и оборудование для обработки добываемой продукции, поверхностная платформа или судно, системаотгрузкинефтисместорождения.
В процессе выборанеобходимоучитыватьразличные вари анты, удовлетворяющие заданнымфункциональнымусловиям. Затем число этих вариантов может быть сокращено с учетом экономическихитехническихфакторов. Остающиеся варианты подвергаютсядальнейшей оценке по спирали. При системном подходе, в алгоритме проектных критериев учитываются все особенностикаждойсистемы.
Окончательныйвыборсистемы разработкис использовани ем проектной спирали должен основываться на учете целого комплекса факторов, втом числе экономических. Дляповыше нияточности принятия решениямогутбытьиспользованы мето ды оптимизациисучетом комплексаограничивающихфакторов. Общая стоимостная функцияможетбытьпредставленав виде
C=C0+Ci+CdPf(PVF)/Nd,
где Со — стоимостнаяфункция; С,- — стоимостьстроительстваи установки;
Cd — отсроченные затраты наслучай аварии, заменуобо рудования, страховыевыплаты и т.д.;
Pf — вероятностьаварии;
Pd — фактор приведеннойстоимости; Nd — проектныйсрокслужбы.
Стоимость строительства и установки С,- возрастаетпочти влинейной зависимостиотнадежности, таккакнадежностьна ходитсявпрямойвзаимосвязис массой стали. С другой стороны, отсроченные затраты уменьшаютсяс увеличением надежности, такжекакивероятностьвыходаизстроя. Эти взаимосвязи отра жены на рис. 3.30. Точка минимума соответствует целевой надежностир. Если целеваянадежностьменьшетребуемой стан дартами, то возможно количественнооценитьдополнительные затратынаповышениенадежности, связанныесперепроектиро ванием.
Дляглубинморя свыше 180 м учитываютвозможностьуста новки:
—обычныхстационарныхфермовыхплатформ —все ком пании;
—гибкихбашен— около90 %компаний;
—платформ снатяжнымиопорамиобычноготипа и с выво
дом устьевогооборудования— 80%компаний; —полупогружных и (или) подводных системы — 60—70 %
компаний;
— систем наосноветанкеров— 40 %компаний.
Наиболее экономичнымидля многихкомпаний могут быть комбинированные системы, подобные системам компаний «Плейсил» и «Коноко». В таких системах глубоководное обору дованиеприменяетсявменьшем объеме.
Главная цель многих проектов — достижение оптимальных экономическихпоказателей. Если наконечном этапе проектиро вания установлены недостаточно высокие экономические пока затели, тонеобходимовернутьсяк начальномуэтапупроектиро вания и принять модифицированный вариант. Экономика, а не технология— главныйограничивающийфакторпри реализации многихпроектов.
Учитывая вышесказанное, можно отметить, что при поло жительном решении управления по минеральным ресурсам на использование плавучих систем район Грин-Каньон в Мекси канскомзаливе могбытьвесьмаподходящим для практического опробования разработаннойк настоящемувремени глубоковод ной технологии. Становится очевидной необходимость исполь зования для разбуривания, эксплуатации и транспортирования добываемой продукции максимально простых, небольших по размерам и массе, менее дорогостоящих систем. Оборудование для разработки должно соответствовать характеристикам про дуктивных пластов конкретного месторождения. Традиционные подходыследуетрассматриватьскритическойточкизрения, пред почтение отдавать новым подходам. Экономические показатели необходиморассчитыватьнараннейстадиипроектирования.
Новым направлением развития плавучих средств для разра боткиморскихместорожденийявилосьсоздание в 1996 г. первой плавучейплатформы настолбовидном буе, отличающейсямалы ми перемещениями, имеющей фонтанную арматуру «сухого»
Плавучиеэксплуатационныесистемы: сравнениепо типам, возможностям и числу установок
Тип |
Площадь |
|
Существующие конструкции |
Мировой |
|||
Возможности системы |
Мекси |
Северное |
Другие |
|
|||
ватерлинии |
Всего |
||||||
платформы |
корпуса |
|
канский |
море |
районы |
флот |
|
|
|
|
залив |
|
|
|
|
FPSO*наоснове |
Большая |
Больш ечисло «линийсборки |
О |
17 |
46 |
63 |
|
танкера |
|
танкеров» для строительства; |
О |
4 |
7 |
11 |
74 |
|
|
высокие нагрузкинапалубу, |
|||||
|
|
большая площадьпалубы; |
|
|
|
|
|
|
|
небольшое время цикла |
|
|
|
|
|
FSO** наоснове |
Большая |
Больш ечисло «линий сборки |
2 |
4 |
48 |
54 |
|
танкера |
|
танкеров» для строительства; |
О |
1 |
5 |
6 |
60 |
|
|
высокие нагрузки напалубу, |
|||||
|
|
большая площадь палубы; |
|
|
|
|
|
|
|
небольшое времяцикла |
|
|
|
|
|
Полупо- |
Небольшая |
Построенные назаказ |
1 |
7 |
22 |
30 |
|
гружная |
|
«морские» конструкции; |
0 |
5 |
2 |
7 |
37 |
|
|
чувствительны кнагрузкам |
напалубу,большаяплощадь палубы; среднее времяцикла
TLP
SPAR
Circle79
Итого
Небольшая Построенные назаказ «морские» конструкции; чувствительны к нагрузкам на палубу,среднее значение площади палубы; среднее время цикла
Небольшая Построенные на заказ «морские» конструкции; чувствительны к нагрузкам напалубу,небольшаяплощадь палубы; среднее время цикла
4 |
3 |
0 |
7 |
|
3 |
0 |
0 |
3 |
10 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
2 |
|
|
|
|
|
12 |
41 |
130 |
183 |
183 |
*Легкоеи недорогое строительство;нагрузканапалубуи площадьповерхностипалубы;времяцикла.
**Системахраненияиотгрузкинефти в мексиканском секторе Мексиканского залива (не США).
Определения:
Время цикла —продолжительность времени от заключения соглашения по капиталовложениям до полу
чения первой нефти.
Площадь палубы —площадь на одном или нескольких уровнях, доступная для размещения эксплуата ционного оборудования.