книги / Морская нефть. Развитие технических средств для освоения морских арктических месторождений нефти и газа. Переработка продукции скважин

риалов; на ней должна быть смонтирована площадка для вертолетов большой грузоподъемности, которые, совершая между платформой и береговой базой небольшое число рейсов, будут доставлять не только людей, но и, в случае необходимости, требующиеся материалы; платформа должна быть снабжена полным комплектом современного оборудования, обеспечивающего безопас­ ность работ, противопожарную защиту, а также предотвращающего загряз­ нение окружающей среды в процессе бурения; жилищно-бытовые условия персонала, работающего на платформе, должны отвечать всем современным требованиям, поскольку эго в определенной степени компенсирует влияние тяжелых условий работы на производительность труда.

При разработке проекта последней платформы серии «Пейссеггер», пред­ назначенной для работы в Арктике, были учтены все указанные требования. Платформа «Вестерн пейссеггер IV» была заказана фирмой «Вестерн Океа­ нию). По проекту, выполненному фирмой «Фрид энд Голдман», строительство платформы осуществила фирма «Фар Ист Левингстон».

Платформа могла работать на глубинах моря до 450 м при скорости ветра 140 км/ч и высоте волны до 15 м. В этих условиях рабочая осадка соору­ жения, переменная нагрузка на палубу которого равна 4 тыс. т, составляла 20 м. При скорости ветра 185 км/ч и высоте волны 15 м платформа должна была находиться в состоянии отстоя, осадка в этом случае составляла 15 м (переменная нагрузка на палубу 3,5 тыс. т). Максимальная глубина бурения с платформы составляла 9 тыс. м.

Основные размеры платформы «Вестерн пейссеггер IV» совпадали

сразмерами ранее выпущенных платформ серии «Пейссеггер». Главным от­ личием являлся диаметр четырех угловых колонн, который в данном случае составлял 1158 см (диаметр колонн первых платформ этой серии был равен 975 см), диаметр двух центральных колонн 1067 см. Увеличение диаметра колонн способствовало значительному улучшению рабочих характеристик и остойчивости платформы, что позволяло увеличить переменную нагрузку на палубу сооружения.

Взоне рабочей осадки угловые кессоны имели дополнительные порожние отсеки с водонепроницаемыми перегородками, расположенные по окруж­ ности. Примерно так же были разделены внутри центральные колонны. Это способствовало повышению остойчивости платформы в случае столкновения

ссудном или при повреждениях в результате ледовых воздействий. Увеличение размеров нижних понтонов платформы позволило улучшить

мореходные характеристики сооружения и амортизацию возможных сме­ щений при бурении. Внутри нижних понтонов имелся проход из кормового машинного отделения к лифту и в насосную, расположенную в средней части платформы. На лифте, размещенном в центральной колонне, можно было

поднять все оборудование, смонтированное в нижних понтонах. Внутренние проходы во все отсеки нижних понтонов позволяли проводить инспекционные осмотры и ремонт, не прекращая бурения и без вмешательства водолазов.

Для обеспечения максимальной производительности и высокой надеж­ ности работы платформы в условиях севера установка снабжалась двумя 16-цилиндровыми и двумя 12-цилиндровыми генераторами ЕМД общей мощностью 550 кВт. Аварийное энергопитание обеспечивалось дизелем мощностью 500 кВт.

Платформа приводилась в движение двумя гребными винтами «Корт» с мощностью на валу 2240 кВт; винты размещались в нижних понтонах. Скорость движения платформы была более 11 км/ч.

Система крепления платформы на точке предназначалась для использова­ ния на глубинах моря до 460 м при скорости течения до 5,6 км/ч. В систему входили восемь якорей массой 18 т каждый, цепь толщиной 76 мм с номи­ нальным разрывным усилием 5985 кН и лебедки фирмы «Скагит» с тяговым усилием, превышающим 2225 кН.

Для блока превенторов на платформе, устанавливалось компенсационное устройство. Аналогичное устройство, использованное на платформе «Аляскин Стар», давало возможность вести бурение при бортовых и килевых качках, в то время как остальные платформы, работающие в этом районе, прекращали работу в ожидании благоприятной погоды.

Весь буровой отсек с соответствующими службами защищался от ветра и был утеплен с помощью нагревателей. Для предотвращения обледенения трубопроводов монтировалась система парообогрева.

Жилые помещения (в основном двухместные каюты) на платформе были рассчитаны на 90 чел. На борту имелся лазарет на 6 чел. Вышка и подвышечное основание имели размеры 48 * 16 м, нагрузка на крюке 445 кН, нагрузка на подсвечник 267 кН. Лебедки Ц-3 фирмы «Континентал Эмско», тип II, мощность 2250 кВт, тормозное устройство фирмы «Элмаго», модель 7820. Ро­ тор фирмы «Континентал Эмско» диаметром 1257 мм с приводом от электро­ двигателя постоянного тока мощностью 670 кВт. Буровые насосы — два насоса ФБ фирмы «Континентал Эмско», трехцилиндровые, одностороннего действия, диаметр поршня 178 мм, длина хода 305 мм с приводами от двух электродвигателей мощностью 670 кВт каждый (ток постоянный). Превен­ торы фирмы «Шеффер», имеющие проходное отверстие диаметром 476 мм и устойчивые к H2S: два двухплашечных гидравлических и два сферических превентора, рассчитанные на рабочее давление 70 и 35 МПа соответственно. Стояк диаметром 533 мм фирмы «Риган», состоящий из 30 секций типа ФЦ-8 размерами 533 мм х 15,24 м в комплекте с двумя линиями (выкидной и лини­ ей тушения) с внутренним диаметром 76 мм (рабочее давление 105 МПа)

и одного телескопического соединения типа ФЦ-8 (диаметр 533 мм, ход 16,76 м). Компенсатор «Ракер Шеффер», модель 25/600 с номинальной на­ грузкой на крюке 2670 кН, ход 7,6 м. Отклонители: комплект отклонителей типа КФДС фирмы «Риган» для стола ротора диаметром 1257 мм (рабочее давление 35 МПа). Натяжные устройства: четыре двойных натяжных уст­ ройства фирмы «Ракер Шеффер» для стояка (максимальное натяжение 356 кН) и шесть натяжных устройств для направляющих (максимальное на­ тяжение 71 кН). Обвязка выкидной линии и линии глушения: две задвижки

сручным приводом фирмы «Демко» (двухпозиционная и с регулируемым, проходным сечением) могли работать в сероводородной среде: рабочее дав­ ление— 170 МПа. Глиномешалки: два смесителя фирмы «Мишн Магнус», размеры 2,4 х 1,8 х 4,3 м; мощность 75 кВт. Загрузка глинопорошка осущест­ влялась двумя агрегатами фирмы «Мишн Магнус», размеры 2,4 х 1,8 х 3,8 м, мощность 75 кВт. Грязеотделитель— установка СЕ-18 фирмы «Брандт»

с18 конусами диаметром 10,2 см. Пескоотделитель — установка СР-3 фирмы «Брандт» с тремя конусами диаметром 30,5см. Шламоотделитель — установ­ ка фирмы «Брандт» производительностью 8 тыс. л/мин, состоящая из трех последовательно расположенных сит. Бурильные трубы: 4100 м труб марки «Е»; 3050 м труб марки «G» и 750 м труб марки «S» с наружным диаметром 127 мм и 280 м УБТ с наружным диаметром 165 мм. Машинные ключи для бурильных труб гидравлические, фирмы «Лэмб». Оборудование фирмы «Мэ­ тью» для спуска в скважину инструментов на канатной проволоке; крановое оборудование для бурильных труб фирмы «Лэмб».

На платформе можно было разместить следующие расходные материалы:

В 1979 г для круглогодичной эксплуатации в море Бофорта при глубине до 75 м. была спроектирована буровая и эксплуатационная платформа для Арктики.

Моноконусный добывающий комплекс состоял из трех основных частей: основания тороидальной формы, средней части в форме бутылки и съем­ ной палубы, поднимаемой на домкратах (рис. 1.5). Изготовление и сборка

отдельных узлов платформы производились в южной части моря Бофорта, чтобы снизить до минимума ледовые нагрузки во время строительства. Новая конструкция отличалась от предыдущих аналогичных комплексов средней частью, которая могла отсоединяться от основания, чтобы избежать столкно­ вения с айсбергами. Ледовый покров контактировал с вертикальным стволом, а не с конусом.

Рисунок 1.5 — Схема одн оопор ной установки для круглогодичной работы в Арктике: 1 — баржи, образующие палубу; 2 — сваи

Основание платформы устанавливалось на сваях, либо просто являлось массивным фундаментом гравитационного типа, в зависимости от донного грунта.

С платформы предполагалось вести кустовое бурение скважин, которые заканчиваются с помощью подводного устьевого оборудования. С этой плат­ формы могло быть пробурено до 40 скважин с расстоянием между центрами в 1,8 м, причем при бурении всех скважин отклонение морского стояка от вертикали не превышало 1°.

Монтаж этой платформы предполагалось проводить в две стадии. Сначала к месту размещения буксировались и затоплялись две нижние секции. Затем монтировалась палубная секция путем крепления вокруг вертикального ствола двух барж, которые и образовывали палубу. Далее монтировались домкраты и палубная секция поднималась на заданную высоту.

Наличие в течение более чем полугода в море паковых льдов и айсбергов, масса которых могла достигать до 50 млн т, существенно затрудняло разра­

ботку находящихся у полуострова Лабрадор нефтяных и газовых месторож­ дений. В 1980 г. для решения такой проблемы предполагалось осуществление следующего проекта.

Системы эксплуатации месторождений у берегов Лабрадора имели отли­ чие от систем, применяемых в Северном море и других районах. Так, если волновые условия здесь аналогичны волновым условиям Северного моря, то наличие паковых льдов и айсбергов требовало создания специальной системы эксплуатации, учитывающей местные конкретные условия.

Разведочные работы у берегов полуострова Лабрадор велись на глубине 100-300 м. Установленное в этом районе стационарное сооружение шириной 100 м ежегодно испытывает от 0,5 до 3 столкновений (в среднем) с айсберга­ ми, в зависимости от конкретного расположения этого сооружения. Айсберги большой массы имеют подводную часть, которая способна на глубине более 300 м оставлять в донном грунте борозды глубиной от 1 до 6 м.

При разработке проекта предполагалось рассматривать шесть возможных систем эксплуатации:

1.Искусственный остров или стационарное сооружение на придонной на­ сыпи.

2.Стационарная бетонная или стальная платформа.

3.Кессонная платформа, оборудованная ледокольным устройством типа, предложенного в системе «ДИПОСПАР».

4.Полностью подводная эксплуатационная система.

5.Система многофазного трубопроводного транспорта добываемой продук­ ции к берегу в районы, защищенные от прохода айсбергов.

6.Разработка с помощью подводных выработок с доступом в эти выработки через туннели.

По предварительным исследованиям часть из вышеприведенных систем могла эксплуатироваться в среднем 5-10 лет, а длительный период време­ ни (10-25 лет) могла прослужить кессонная платформа (плавучая система, рис. 1.6), искусственный остров и трубопроводный транспорт.

Фирмами КФП, ИФП и «Эльф-Аквитан» было рассмотрено использова­ ние кессонной платформы, оборудованной ледорезным устройством. Иссле­ дования показали, что в свободное ото льда время года имелась возможность использовать эксплуатационную платформу с динамическим позициониро­ ванием положения, несколько танкеров для транспортирования добываемой нефти и соответствующее подводное оборудование для добычи нефти, управления процессом добычи и доставки продукции на поверхность. С на­ ступлением ледового сезона скважины закрывались и все поверхностные суда (включая эксплуатационную платформу) отводились в защищенную гавань.

Рисунок 1.6 — Сезонная схема разработки нефтяных м есторож дений у берегов Лабрадора

Круглогодичная эксплуатационная система (рис. 1.7) состояла из следую­ щих основных узлов.

Устьевое оборудование и манифольдные переключатели монтировались в выемке на дне моря достаточно глубоко для избежания повреждения про­ ходящими айсбергами.

Сменный гибкий отходящий от устья скважины трубопровод типа «Кофлексип» укладывался на дно и сменялся по мере надобности.

Эксплуатационная платформа с динамическим позиционированием поло­ жения типа «ДИПОСПАР», оборудовалась ледокольным устройством.

Стояк обеспечивался устройством быстрого разъема для обеспечения его ускоренного подъема в случае прохождения айсберга.

Передвижное хранилище «ДИПОСПАР», оборудовалось ледокольным устройством.

Применялось несколько танкеров ледокольного типа для транспортирова­ ния добываемой продукции из хранилища «ДИПОСПАР».

Вместо хранилища и танкеров мог использоваться трубопровод для транспортирования продукции к берегу, что возможно, если глубина моря составляла 140 м и более.

Устьевое оборудование, манифольдные переключатели, выкидные трубо­ проводы и стояк были рассчитаны на круглогодичное применение. Система

«ДИПОСПАР» (установлено исследованиями ее характеристик) могла с ус­ пехом применяться в сезон, свободный ото льда. Эксплуатационные возмож­ ности этой системы в 1980 г. не были выяснены до конца.

Рисунок 1.7 — Круглогодичная схема разработки месторождений

уберегов Лабрадора:

1— ледокольное устройство; 2 — хранилище с наливным стояком; 3 — танкер; 4 — стояк; 5 — манифольдные переключатели; 6 — выкидные линии; 7 — устьевое оборудование

Втечение зимнего сезона предполагалось использовать устройство для ломки льда. Один или два раза в неделю платформа могла подвергаться давле­ нию многолетних льдов, массу которых можно сравнить с массой небольших айсбергов.

Ледокольное устройство было не способно справиться с натиском много­ летних ледяных полей, толщина которых значительно превышала толщину однолетних льдов. Поэтому платформа нуждалась в быстром отсоединении ее в случае продвижения тяжелых льдов и повторного подсоединения после их прохождения. Использование гибкого стояка позволяло производить манев­ рирование платформы или бурового судна с целью избежания столкновения

снебольшими ледяными массами без отсоединения платформы.

В1974 г. компания «Сан ойл» (в 1980 г. «Санкор») из Калгари (провинция Альберта, Канада), достигла соглашения с компанией «Седко» на строительст­ во специального полупогружного бурового судна, оборудованного ледоколь­

ным устройством. Этой компанией была начата разработка проекта такого судна и определение его практической применимости для круглогодичного разведочного бурения на территории бассейна «Свердруп» в канадской Арк­ тике. Предполагалось также провести оценку затрат на строительство одного такого судна с целью выявления основы для дальнейших экономических расчетов. Испытания ледокольного устройства проводились фирмой «СиЛог» на заводе в Пасадене, штат Калифорния, а также в условиях канадской Арктики. Проектирование и строительство ледокольного устройства были выполнены компанией «Эрлоджистикс» из Пасадены, дочерним филиалом которой являлась фирма «Си-Лог».

Круглогодичная система эксплуатации ледокольного устройства могла быть практически применена примерно на двух третях протяженности бере­ гов полуострова Лабрадор, где глубина моря превышает 140-150 м.

Из всех возможных проектов стационарных сооружений наиболее при­ влекательно выглядело создание искусственного острова. Однако намывка такого острова даже на глубинах 100-150 м занимала много времени. Поэто­ му наиболее целесообразным являлся проект, в котором предполагалось на намытую под водой насыпь устанавливать стационарную платформу грави­ тационного типа (рис. 1.8).

Рисунок 1.8 — Гравитационная платформа на подводной насыпи:

При установке таких платформ транспортирование добываемой продук­ ции могло осуществляться как по трубопроводам, так и танкерами.

При этом было необходимо решение трех технических проблем.

1.Погружная насыпь должна противостоять воздействию айсбергов в тече­ ние всего срока эксплуатации месторождения.

2.Гравитационная платформа должна противостоять давлению небольших айсбергов и многолетних ледяных полей.

3.Транспортирование добываемой продукции в большинстве случаев долж­ но осуществляться танкерами, так как доставка нефти по трубам в шель­ фовой зоне у полуострова Лабрадор все еще подвергалась сомнению.

Несмотря на эти проблемы, проект строительства 1равитационной плат­

формы на подводной насыпи представлял большой интерес, особенно для добычи газа. На той же платформе возможен монтаж установок для сжижения добываемого газа и его обработки. В целом проект мог быть особенно приемле­ мым для разработки месторождений, залегающих на небольшой глубине. При этом с технологической точки зрения проект менее сложен, чем проект преду­ сматривающий применение плавучей платформы. Однако продолжительность эксплуатации этой системы могла быть не такой длительной, как других.

Система транспортирования добываемой продукции к берегу по трубам являлась эффективной. Ее основу составляли: 1) подводные устья скважин, объединенные в кусты, причем главный куст имел манифольдную камеру; 2) двойной трубопровод к берегу для обеспечения надежности транспор­ тирования при ремонте одного из них; 3) береговой комплекс по обработке добываемой продукции, причалы для танкеров с целью дальнейшего ее транспортирования на побережье полуострова Лабрадор или прибрежный остров; 4) судно для обеспечения круглогодичного контроля работы устьевого оборудования (в случае необходимости должна быть возможность перекры­ тия одной или нескольких скважин). Когда море свободно от льда, должен проводиться ремонт и техническое обслуживание всего оборудования.

Устьевое оборудование, манифольдные переключатели и отводящие тру­ бопроводы должны были размещаться в естественных или искусственных выемках на дне моря для предотвращения возможности повреждения их айсбергами. Предполагалось также использовать отсекающие клапаны для перекрытия скважин в случае возникновения аварийной ситуации. Подводное оборудование системы должно было контролироваться с поверхности.

Окружающие условия у берегов полуострова Лабрадор обусловливали необходимость применения методов проектирования, монтажа, эксплуата­ ции и ремонта трубопроводов, значительно отличающихся от применяемых в Северном море. Особенно важно было учитывать опасность прохождения айсбергов. Для предотвращения разрушения айсбергами трубопроводы необходимо заглублять больше. Необходимо было также учитывать, специ­ фические грунтовые условия дна моря у берегов Лабрадора и наличие здесь ледяных полей в течение шести месяцев в году.

В районах, где проходят айсберги, трубопроводы необходимо заглублять по меньшей мере на 7 м. Эта величина была получена на основе расчета