Нефть и газ - определяющие составляющие развития экономики многих развитых стран. Потенциал развития Российской Федерации во многом зависит от будущего нефти и газа на морских глубинах. Морская добыча ресурсов постепенно приобретает важнейшее значение. Для адекватного понимания ситуации достаточно знать, что 85% общих ресурсов сосредоточены в морях.
Начиная с XX века, одной из актуальных проблем стало обеспечение потребностей многих стран топливно-энергетическими ресурсами. Раньше в качестве традиционных ресурсов воспринимали уголь и древесное топливо.
Естественное развитие человечества поспособствовало добыче нефти. Вскоре в лидеры вышел газ.
Прорывом стало время после Второй мировой войны. Потребление нефти увеличилось в пять раз. Потребление газа вовсе достигло невероятных значений.
Основные потребители:
Районы Земли не одинаково обеспечены полезными ископаемыми. Получается серьёзный дефицит между желанием и возможностями. Два самых лучших примера - и Япония. Американцы добывают треть нефти в мире, но вынуждены покрывать тридцатипроцентный дефицит, импортируя ресурсы.
Япония практически не имеет месторождений нефти, но является ведущей промышленной державой мира. Достаточно вспомнить автомобильную промышленность. Как так получилось? Страна, занимая второе место в мире по объёмам использования нефти, закупает 20 процентов мировой нефти, доступной в мировом рынке.
Безумные темпы потребления полезных ископаемых вынудили учёных искать ответы. При подобном положении дел многие страны начали искать внутренние резервы. По мнению учёных и ведущих экспертов, глубоководная добыча нефти имеет громадный потенциал. Развитые страны сейчас нацелены на поиск новых источников в океане и морских глубинах.
До девятнадцатого века люди не задумывались, что в море существуют источники ископаемых. Морская добыча нефти и газа отсутствовала. Первые попытки добычи нефти из морских глубин описаны в 20–30 годах 19-го века. Азербайджанцы попробовали добывать нефть из неглубоких горизонтов.
Постепенно попытки начали осуществлять американцы, где была пробурена скважина, вскрывшая нефтяные пласты. Азербайджан может считаться родиной морских месторождений.
Система, заточенная под добычу нефти, была создана в Баку в 20-х годах прошлого века. В 1924 там появился первый в мире нефтепромысел. Американцы считают датой начала морского нефтепромысла 1896-й.
Один человек самостоятельно бурил скважины с банальной насыпи. Никаких технологических разработок не велось. Прогресса относительно этой области не удалось добиться из-за Второй мировой войны.
Изучение новых аспектов отрасли продолжилось только в 50-х годах после долгих лет застоя. Более 50 государств добывают нефть со дна морей и океанов. Более 150 стран осуществляют поиски полезных ископаемых, используя шельфы.
Официально признано более четырёхсот нефтегазоносных бассейнов. Это места, где теоретически можно вести работы по извлечению и добыче нефтяных ресурсов. Крупнейших центров очень мало. Они обеспечивают основные потребности населения Земли. Сюда принято включать четыре источника добычи нефти. Три залива и море:
Выше указаны крупнейшие источники добычи ресурсов. Взят весь мировой океан. Добыча полезных ископаемых на глубинах более 200 метров требует дорогостоящей техники. Извлечение нефти со дна морей обходится значительно дороже, чем на суше, поэтому многие страны, имеющие огромный потенциал относительно добычи, не могут себе позволить специальную технику, предназначенную для кропотливой работы.
Самое проблемное месторождение дало первую нефть
Первый этап - работа для геологов. Специально обученные люди изучают акватории морей. После исследования строятся . При процессе работы используются полноценные платформы, которые плавают над местом бурения. Их удерживают огромной тяжести якоря, вес которых достигает несколько тонн.
Альтернатива первому варианту - буровые платформы гравитационного типа. Специальные якоря не используются. Платформы фактически устанавливаются на морское дно. В это основание уже встроены колонны для бурения скважин. Местонахождения рабочих именуется буровой вышкой. Исходя от уровня вместимости платформенного сооружения, там теоретически могут располагаться несколько сотен рабочих.
Норвегия имеет невероятную платформу для современных промышленных реалий. Конструкция достигает практически 500 метров в высоту. Вес составляет 656 000 тонн.
В России морская добыча нефти в морях и океанах существенными темпами начала составлять конкуренцию месторождениям на суше в 2007-м. В 2009-м после бурения скважин нефти началась и добыча газа.
За десять лет компания «Газпром» установила несколько рекордов. Две из трёх платформ, где добывается нефть, установленные на Сахалине, являются самыми тяжеловесными конструкциями в мире.
Российская компания имеет буровые установки в нескольких морях:
Компания имеет различные подразделения в других государствах, сотрудничая с Казахстаном, Индией и одним из лидеров отрасли - Венесуэлой.
Нефть и газ - исчерпаемые ресурсы планеты Земля. Двадцать лет назад прогнозы были неутешительны - скоро нефть должна исчезнуть. Вскоре пессимизма стало меньше. На Земле уже не осталось неизведанных мест, где можно поставить буровую установку и открыть месторождение. Текущих запасов нынешнему поколению должно хватить, если учитывать громадный потенциал технологического развития.
Самые богатые страны по количеству нефти:
Россия - один из . По расчётам многих статистических групп, окончательно иссякнут через тридцать лет. Всего человечеству при текущих расчётах нефти должно хватить на 50 лет. Учёные считают, что динамика потребления нефти увеличивается. Прогноз будет корректироваться.
Относительно газа прогноз более благоприятный. Специалисты насчитали около 200 триллионов метров кубических. Любопытно, что четверть - 25% газовых запасов находится в недрах Российской Федерации. Весь мир добывает за 12 месяцев четыре триллиона метров кубических. По самым грубым подсчётам, газа хватит на пятьдесят лет. Существует много факторов, указывающих, что потребление газа будет расти с каждым годом.
Пессимистические прогнозы предвещают человечеству жестокую борьбу. Прогнозируются войны за энергетические ресурсы. Радикальное развитие событий не поддерживают большинство компаний, занимающихся добычей нефти. У человечества есть громадный запас, чтобы придумать, как в будущем заменить нынешние ресурсы. В развитых странах задумываются над этой проблемой, вынося проблемные вопросы на ведущие промышленные семинары.
Извлечение нефти со дна морей обходится значительно дороже. Процесс является рентабельным. Вложения практически всегда имеют необходимую отдачу. Безусловно, в акватории вкладываются большие денежные средства, которые не приносят прибыль, но такие случаи встречаются нечасто.
Сейчас спрос существенно опережает предложение. Ситуация приводит к тому, что цена на нефть постоянно повышается. В развитых странах более трети промышленных затрат - это расходы на поиск и добычу нефти.
В начале XXI века добротным показателем считалось, когда ресурсы, полученные из морских месторождений, приносили прибыль в четыре раза больше затрат. В последние годы этот показатель снизился, но в будущем, когда нефтяные ресурсы начнут иссякать не исключён очередной ценовой скачок вверх.
Мировые лидеры вкладывают в развитие поисковых работ по глубинным месторождениям огромные деньги, но результатов всё меньше. Альтернативный путь - освоить глубоким бурением подводные пространства. Вполне возможно найти перспективные месторождения, которые помогут ещё не один десяток лет человечеству протянуть на текущих энергетических ресурсах.
В современных реалиях морская добыча ресурсов является одной из важнейших задач для развитых государств. Более 70% всей энергии, потребляемой в мире, дают именно эти ресурсы. Они - исчерпаемые, и человечество продолжает искать всё новые залежи природных ресурсов.
На суше подобных мест практически не осталось. Потенциал есть в глубоководных пространствах морей и океанов. Объёмы затрат на поиск новых месторождений будут расти, но, по прогнозам учёных, с учётом новых месторождений, нефти человечеству хватит не больше, чем на сто лет. Это не повод поддаваться панике, учитывая темпы разработок мировой науки.
С целью разведки или эксплуатации минеральных ресурсов под дном моря.
Буровые платформы в основном несамоходные, допустимая скорость их буксировки 4-6 узлов (при волнении моря до 3 баллов, ветра 4-5 баллов). В рабочем положении на точке бурения буровые платформы выдерживают совместное действие волнения при высоте волн до 15 м и ветра со скоростью до 45 м/с. Эксплуатационная масса плавучих буровых платформ (с технологическими запасами 1700-3000 т) достигает 11 000-18 000 т, автономность работы по судовым и технологическим запасам 30-90 суток. Мощность энергетических установок буровой платформы 4-12 МВт. В зависимости от конструкции и назначения различают самоподъёмные, полупогружные, погружные, стационарные буровые платформы и буровые суда. Наиболее распространены самоподъёмные (47% от общего числа, 1981) и полупогружные (33%) буровые платформы.
Самоподъёмные (рис. 1) 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. В современных самоподъёмных плавучих буровых платформах скорость подъёма (спуска) понтона составляет 0,005-0,08 м/с, опор — 0,007-0,01 м/с; суммарная грузоподъёмность механизмов до 10 тысяч т. По способу подъёма различают подъёмники шагающего действия (в основном пневматические и гидравлические) и непрерывного действия (электромеханические). Конструкция опор обеспечивает возможность постановки буровых платформ на грунт с несущей способностью не менее 1400 кПа при максимальном заглублении их в грунт до 15 м. Опоры имеют квадратную, призматическую и сферическую форму, по всей длине оборудуются зубчатой рейкой и заканчиваются башмаком.
Плавучие буровые платформы полупогружного типа используют для бурения 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, обеспечивающая ограничение перемещения установки от устья скважины не более 4% от глубины моря.
Погружные буровые платформы применяют для бурения разведочных или эксплуатационных скважин на и на 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. Погружная плавучая буровая платформа встаёт на грунт (с несущей способностью не менее 600 кПа) в результате заполнения водой балластных цистерн водоизмещающего понтона.
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 т. Опорный блок каркасных буровых платформ выполняют в виде трубчатой металлической решётки, состоящей из 4-12 колонн диаметром 1-2,4 м. Закрепляют блок посредством забивных или бурозаливных свай. 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.
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 (см. Морское бурение) и др. Отличительная особенность стационарных буровых платформ — постоянная динамичность, т.е. для каждого месторождения разрабатывается свой проект комплектации платформ энергетическим, буровым и эксплуатационным оборудованием, при этом конструкцию платформы определяют условия в районе бурения, глубина бурения, и число скважин, количество станков для бурения.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Почти 70 процентов поверхности Земли находится под водой; неудивительно, что поисково-разведочные компании обращают внимание на коренные породы и отложения ниже уровня океана, рассматривая их в качестве источника полезных ископаемых Эта так называемая «морская добыча» - дело не новое. Первые морские разведочные работы велись в 1960-х и 1970-х годах, Если большая часть поверхности Земли покрыта водой, так почему метод морской добычи так медленно набирает силу? Этому существует два объяснения: политика и технологические ограничения. До Конференции ООН по морскому праву не было согласия о том, какая часть морского шельфа принадлежит стране, а где начинаются международные воды. Теперь, когда урегулированы вопросы владений, шагнула вперед технология, а цены на товары стали заоблачными, все острее встает вопрос морской геологоразведки.
Начало морской добычи нефти относится к 20-м годам девятнадцатого, когда в районе города. Баку в 20-30 м от берега сооружали изолированные от воды колодцы, из которых черпали морскую нефть из неглубоко залегающих горизонтов. Обычно такой колодец эксплуатировался несколько лет. B 1891 на Калифорнийском побережье Тихого океана была пробурена наклонная скважина, забой которой отклонился на расстояние 250 м от берега, впервые вскрыла продуктивные пласты морской залежи. C тех пор калифорнийский шельф стал основным объектом поиска, разведки и добычи углеводородов под дном Tихого океан.
B конце 40-x - начале 50-x годов широкое применение на Kаспие получил эстакадный способ добычи нефти. Подобные морские нефтепромыслы при глубине моря 15-20 метров были сооружены также в Мексиканском заливе и в Венесуэле. Строительство плавучих технических средств для освоения морских месторождений нефти началось в основном в 50-x годах 20 века c создания Буровых платформ.
Основные запасы нефти и газа приходятся на континентальный шельф, в ряде районов Мирового океана считаются нефтегазоносными также континентальный склон и океаническое ложе. Месторождения нефти и газа обнаружены на шельфах 60 стран. Более 500 залежей разрабатывается y побережья США, около 100 - в Северном море, более 40 - в Персидском заливе. Нефть обнаружена и добывается на шельфах Северной и Южной Америки, Европы, Юго-восточной Азии, Африки, Австралии, Новой Зеландии и ряда других акваторий. B CCCP традиционный нефтедобывающий район - Каспийское море.
В Атлантическом океане и его морях открыто большое количество морских месторождений нефти и газа, которые интенсивно разрабатываются. К богатейшим морским нефтегазоносным районам мира относят Мексиканский залив, лагуну Маракайбо, Северное море, Гвинейский залив, которые интенсивно разрабатываются. Три крупные нефтегазоносные провинции выявлены в Западной Атлантике:
Недра Тихого океана богаты нефтью и природным газом, однако изучена и освоена лишь их незначительная часть. Запасы потенциальных ресурсов нефти и газа оцениваются до 90--120 млрд т (30--40 % запасов Мирового океана). В категорию разведанных и извлекаемых запасов переведено более 3 млрд т, а к перспективным и прогнозным отнесено 7,6 млрд. т. Подводные разработки ведутся главным образом на глубинах до 100 м и на удалении от берегов 90--100 км. Основными районами морской нефтегазодобычи являются: южная часть Калифорнийского шельфа и акватория залива Кука(США), Бассов пролив (Австралия), прибрежные воды Малайского архипелага, Брунея и Индонезии, залив Бохайвань (КНР), акватория залива Гуаякиль (Эквадор) и шельфовая зона Перу. Широкие поисково-разведочные работы ведутся на шельфе Сахалина, Южно-Китайского моря, в Магеллановым проливе. На шельфах провинций добывается нефть и газ, многие из месторождений прибрежной зоны (имеют мировое значение.) Наиболее интенсивное развитие отрасли морского хозяйства получили в Индонезии, Малайзии, Сингапуре. Индонезия -- крупнейший производитель в регионе нефти и нефтепродуктов (общие запасы, включая шельф, составляют около 8 млрд т), оловянной руды. Континентально-морские месторождения нефти и газа сосредоточены у побережья островов Ява и Мадура, в северной части Западного пролива и у западного и восточного побережья острова Калимантан.
· одна или несколько платформ, c которых бурятся эксплуатационные скважины,
· трубопроводы, соединяющие платформу c берегом;
· береговые установки по переработке и хранению нефти,
погрузочные устройства
Буровая установка - это сложное техническое сооружение, предназначенное для добычи нефти газа на морском шельфе.
Прибрежные месторождения нередко продолжаются на расположенной под водой части материка, которую и называют шельфом. Его границами служат берег и так называемая бровка - четко выраженный уступ, за которым глубина стремительно возрастает. Обычно глубина моря над бровкой составляет 100-200 метров, но иногда она доходит и до 500 метров, и даже до полутора километров, например, в южной части Охотского моря или у берегов Новой Зеландии. В зависимости от глубины применяют различные технологии. На мелководье обычно сооружают укрепленные «острова», с которых и осуществляют бурение. Именно так нефть издавна добывалась на Каспийских месторождениях в районе Баку. Применение такого способа, особенно в холодных водах, часто сопряжено с риском повреждения нефтедобывающих «островов» плавучими льдами. Например, в 1953 году, большой ледяной массив, оторвавшийся от берега, уничтожил около половины нефтедобывающих скважин в Каспийском море. Реже применяется технология, когда нужный участок окантовывают дамбами и откачивают воду из образовавшегося котлована. При глубине моря до 30 метров раньше сооружались бетонные и металлические эстакады, на которых размещали оборудование. Эстакада соединялась с сушей или же представляла собой искусственный остров. Впоследствии эта технология утратила актуальность.
Если месторождение располагается близко к суше, есть смысл бурить наклонную скважину с берега. Одна из наиболее интересных современных разработок - дистанционное управление горизонтальным бурением. Специалисты осуществляют контроль прохождения скважины с берега. Точность процесса настолько высока, что можно попасть в нужную точку с расстояния в несколько километров. В феврале 2008 года корпорацией Эксон Мобил (Exxon Mobil) установлен мировой рекорд в бурении подобных скважин в рамках проекта «Сахалин-1». Протяженность ствола скважины здесь составила 11 680 метров. Бурение осуществлялось сначала в вертикальном, а затем в горизонтальном направлении под морским дном на месторождении Чайво в 8-11 километрах от берега. Чем глубже воды, тем более сложные технологии применяются. На глубинах до 40 метров сооружаются стационарные платформы(рис4), если же глубина достигает 80 метров, используют плавучие буровые установки(рис4), оснащенные опорами. До 150-200 метров работают полупогружные платформы(рис4,5), которые удерживаются на месте при помощи якорей или сложной системы динамической стабилизации. А буровым судам подвластно бурение и на гораздо больших морских глубинах. Большинство «скважин-рекордсменов» было проведено в Мексиканском заливе - более 15 скважин пробурены на глубине, превышающей полтора километра. Абсолютный рекорд глубоководного бурения был установлен в 2004 году, когда буровое судно Discoverer Deel Seas компаний Transocean и ChevronTexaco начало бурение скважины в Мексиканском заливе (Alaminos Canyon Block 951) при глубине моря 3053 метра.
В отличающихся сложными условиями северных морях чаще строят стационарные платформы, которые удерживаются на дне благодаря огромной массе основания. Вверх от основания поднимаются полые «столбы», в которых можно хранить добытую нефть или оборудование. Сначала конструкцию буксируют к месту назначения, затапливают, а потом, прямо в море, надстраивают верхнюю часть. Завод, на котором строят такие сооружения, по площади сравним с небольшим городом. Буровые установки на больших современных платформах можно передвигать, чтобы пробурить столько скважин, сколько нужно. Задача конструкторов таких платформ - установить максимум высокотехнологичного оборудования на минимальной площади, что делает эту задачу похожей на проектирование космического корабля. Чтобы справиться с морозами, льдами, высокими волнами, буровое оборудование могут установить прямо на дне. Развитие этих технологий чрезвычайно важно для стран, обладающих обширным континентальным шельфом
Интересные факты Норвежская платформа «Тролл-А», яркая «представительница» семейства больших северных платформ, достигает 472 м в высоту и весит 656 000 тонн.(рис 6)
Американцы считают датой начала морского нефтепромысла 1896 год, а его первопроходцем - нефтяника Уильямса из Калифорнии, который бурил скважины с построенной им насыпи.
В 1949 году в 42 км от Апшеронского полуострова на эстакадах, сооруженных для добычи нефти со дна Каспийского моря, был построен целый поселок под названием Нефтяные Камни. В нем неделями жили сотрудники предприятия. Эстакаду Нефтяных Камней можно увидеть в одном из фильмов о Джеймсе Бонде - «И целого мира мало».Необходимость обслуживать подводное оборудование буровых платформ существенно повлияло на развитие глубоководного водолазного оборудования. Чтобы быстро закрыть скважину при аварийной ситуации - например, если шторм не позволяет буровому судну оставаться на месте, - используют своего рода пробку под названием «превентер». Длина таких превентеров достигает 18 м, а вес - 150 тонн. Началу активной разработки морского шельфа способствовал мировой нефтяной кризис, разразившийся в 70-х годах прошлого столетия.
После объявления эмбарго странами ОПЕК возникла острая необходимость в альтернативных источниках поставок нефти. Также освоению шельфа способствовало развитие технологий, достигших к тому времени такого уровня, который позволял бы осуществлять бурение на значительных морских глубинах.
Газовое месторождение Гронинген, открытое у побережья Голландии в 1959 году, не только стало отправной точкой в разработке шельфа Северного моря, но и дало название новому экономическому термину. Эффектом Гронингена (или голландской болезнью) экономисты назвали существенное удорожание национальной валюты, произошедшее в результате роста экспорта газа и негативно сказавшееся на других экспортно-импортных отраслях.
Рассмотрим подробнее технологии бурения скважин на акваториях и типы буровых установок.
Выделяют следующие способы бурения скважин на акваториях(рис 8):
1. с морских стационарных платформ;
2. гравитационных морских стационарных платформ;
3. самоподъемных буровых установок;
4. полупогружных буровых установок;
5. буровых судов.
Морская стационарная платформа - это буровое основание, опирающееся на дно акватории и возвышающееся над уровнем моря. Так как по окончании эксплуатации скважины МСП остается на месте сооружения, то схемой бурения морской скважины в отличие от схемы строительства наземной скважины предусмотрено наличие водоотделяющей колонны, изолирующей скважину от толщи воды и соединяющей подводное устье с буровой площадкой морской стационарной платформы. Устьевое оборудование (превенторы, головки обсадных колонн, устройство для отвода промывочной жидкости из скважины в системы очистки) монтируется также на МСП.
Для буксировки платформы к месту строительства скважины требуется четыре или пять буксиров. Обычно в буксировке МСП участвуют и другие вспомогательные суда (портовые тягачи, суда сопровождения и т.п.). В хорошую погоду средняя скорость буксировки составляет 1,5 - 2,0 уз/ч.
Гравитационная морская стационарная платформа - буровое основание, изготовленное из железобетона и стали. Она строится в глубоководных заливах и затем с помощью буксиров доставляется на точку бурения эксплуатационных и разведочных скважин. ГМСП предназначена не только для бурения скважин, но и для добычи и хранения черного золота до отправки ее танкерами к месту переработки. Платформа обладает большим весом, поэтому для удержания ее на точке бурения не требуется дополнительных устройств.
После разработки месторождения производится консервация всех скважин, отсоединение установки от устьев скважин, отрыв ее от морского дна и транспортировка на новую точку в пределах данной площади или в другой регион бурения и нефтедобычи и газа. В этом заключается преимущество ГМСП перед МСП, которая после разработки месторождения остается в море навсегда.
Самоподъемная плавучая буровая установка обладает достаточным запасом плавучести, что имеет большое значение для ее транспортировки на точку бурения вместе с буровым оборудованием, инструментом и необходимым запасом расходных материалов. На месте бурения с помощью специальных подъемных механизмов и опор устанавливают СПБУ на морское дно. Корпус установки поднимают над уровнем моря на недосягаемую для морских волн высоту. По способу монтажа превенторных устройств и способу соединения буровой площадки с подводным устьем скважины СПБУ аналогична МСП. Для обеспечения надежности эксплуатации скважины обсадные колонны подвешивают под столом ротора. По завершении бурения и после освоения разведочной скважины устанавливают ликвидационные мосты и все обсадные колонны обрезают ниже уровня дна моря.
Полупогружная плавучая буровая установка состоит из корпуса, который включает в себя собственно буровую площадку с оборудованием и понтоны, соединенные с площадкой стабилизирующими колоннами. В рабочем положении на точке бурения понтоны заполняются расчетным количеством морской воды и погружаются на расчетную глубину под воду; при этом действие волн на платформу уменьшается. Так как ППБУ подвержена качке, то жесткое соединение ее с подводным устьем скважины с помощью водоотделяющей колонны (райзера) невозможно. Поэтому для предотвращения разрушения связки устье - ППБУ в составе водоотделяющей колонны предусмотрены телескопическое соединение с герметизирующим узлом и герметичные шарнирные соединения ВОК. с плавсредством и подводным устьевым противовыбросовым оборудованием Герметичность подвижных элементов водоотделяющей колонны должна обеспечивать изоляцию скважины от морской воды и безопасность работ при допустимых условиях эксплуатации.
На точку бурения ППБУ доставляют с помощью буксирных судов и удерживают на ней якорной системой в течение всего периода бурения и испытания скважины. По окончании ее строительства ППБУ снимают с точки бурения и перегоняют на новое место
При строительстве глубоких морских нефтяных и газовых скважин используется буровое судно, на котором смонтировано все буровое и вспомогательное оборудование и находится необходимый запас расходного материала Па точку бурения БС идет своим хо-дом; его скорость достигает 13 уз/ч (24 км/ч). Над точкой бурения судно удерживается с помощью динамической системы позицирования, которая включает в себя пять подруливающих винтов и два ходовых винта, постоянно находящихся в работе
Противовыбросовое подводное оборудование устанавливается на морское дно после постановки БС на точку бурения, оно связано с устьем скважины с помощью водоотделяющей колонны с дивертором, двух шарнирных соединений и телескопического соединения для компенсации вертикальных и горизонтальных перемещений бурового судна в процессе строительства скважины.
Основным фактором, влияющим на выбор типа плавучих буровых средств, является глубина моря на месте бурения. До 1970 г самоподъемные буровые установки использовались для бурения скважин при глубинах 15--75 м, в настоящее время -- до 120 м и более Плавучие установки полупогружного типа с якорной системой удержания над устьем бурящейся скважины применяются для производства геологоразведочных работ при глубинах акваторий до 200-300 м и более.
Буровые суда, благодаря более высокой маневренности и скорости перемещения, большей автономности по сравнению с ППБУ, используются при бурении поисковых и разведочных скважин в отдаленных районах при глубинах акваторий до 1500 м и более. Имеющиеся на судах большие запасы расходных материалов, рассчитанные на 100 дней работы установки, обеспечивают успешное бурение скважин, а большая скорость передвижения судна - быструю их перебазировку с пробуренной скважины на новую точку. В отличие от ППБУ для БС имеются большие ограничения в работе в зависимости от волнения моря. Так, при бурении вертикальная качка буровых судов допускается до 3,6 м, а для ППБУ - до 5 м. Так как ППБУ обладает большей остойчивостью (за счет погружения нижних понтонов на расчетную глубину) по сравнению с буровыми судами, то вертикальная качка ППБУ составляет 20--30 % от высоты волны. Таким образом, бурение скважин с ППБУ осуществляют при значительно большем волнении моря, чем при бурении с БС. К недостаткам полупогружной плавучей буровой установки можно отнести малую скорость передвижения с пробуренной скважины на новую точку.Hовым направлением подводной добычи нефти является создание подводных эксплуатационных комплексов(рис 9), на которых созданы нормальные атмосферные условия для работы операторов. Oборудование и материалы (цемент, глина, трубы, агрегаты и др.) доставляются на буровые платформы судами снабжения. Ha них устанавливаются также декомпрессионные камеры и необходимое оборудование для проведения водолазных и ряда вспомогательных работ. Добытая нефть транспортируется на берег c помощью морских трубопроводов, которые прокладываются в открытом море c помощью специализированных судов-трубоукладчиков. Hаряду c трубопроводами используются системы c рейдовыми причалами. Hефть к причалу поступает по подводному трубопроводу и далее по гибким шлангам или стоякам подаётся к танкерам.
Существует 3 способа бурения в этих условиях: c плавучего судна; co льда; c установленной на дне платформы или судна, способных противостоять действию льда. Большой опыт по бурению co льда накоплен в Kанаде, где бурят на глубине до 300 м. При отсутствии мощного ледового основания и значительных глубинах применяются массивные плавучие кессонные конструкции, оснащённые подруливающими устройствами, способные функционировать без человека года и противостоять действию движущегося льда, волн, ветра и течений. Для раскалывания крупных льдин и отвода айсбергов служат вспомогательные суда. При наличии крупных айсбергов, отвод которых затруднён, кессонная эксплуатационная конструкция отсоединяется от дна и отводится в сторону при помощи подруливающих устройств.
Уже сейчас около 20% нефти добывается со дна морей и океанов. По некоторым оценкам, половина запасов нефти Земли находится на шельфе и в более глубоководных районах.
В Мексиканском заливе признаки нефти обнаружены на глубине более 3000 м. Основные районы морской добычи нефти - это Венесуэльский залив, шельфы Мексиканского залива и штата Калифорния, Персидский залив, некоторые районы Гвинейского залива (у Западной Африки), Северное море, отмели у берегов Аляски, Перу, Эквадора, а также Каспийское море, акватории оз. Mаракайбо и и залива Kука.
Разведка и эксплуатация морских подводных недр имеет более чем двухвековую давность. Ученые и нефтепромышленники давно обращали внимание на многочисленные выходы нефти и газа со дна моря в прибрежных водах некоторых островов Апшеронского и Бакинского архипелагов, особенно в Бакинской бухте.
В 1781 -- 1782 гг. эскадра русских кораблей, занимавшихся изучением Каспийского моря, посетила район о. Жилой. Команда заметила на поверхности моря пленку, о чем была сделана запись в бортовом журнале одного из кораблей. Много времени уделил изучению геологии Азербайджана, нефтяных месторождений и грязевых вулканов российский академик Г.В. Абих(рис 12). Изучая острова Каспийского моря, он обратил внимание на выходы нефти и газа со дна моря около некоторых островов. В своем труде, посвященном изучению грязевых вулканов, он, в частности, указывал на наличие нефти и газа в недрах под дном Каспийского моря в районе Нефтяных Камней в Биби-Эйбатской бухте.
В начале 19 в. житель Баку Гаджи Касумбек Мансурбеков решил заняться добычей нефти со дна моря в Биби-Эйбатской бухте. С этой целью в 1803 г. он соорудил два колодца, обсаженные деревянными срубами, в 18 и 30 м от берега. Эти колодцы, дававшие значительное количество нефти, эксплуатировались до 1825 г., когда были разрушены штормом.
После этого интерес к морской добыче нефти возник вновь в конце 1873 - начале 1874 г. Группа, состоявшая из нефтепромышленника Роберта Нобеля, шкипера Роберта Миллера, жителя Либавы Б. де Бура и лейтенанта флота Константина Ирецкого, обратилась в Управление горной частью. Они ходатайствовали об отводе им по 10 десятин морского дна в Биби-Эйбатской бухте для организации работ по добыче нефти. Это ходатайство встретило яростное сопротивление нефтепромышленников Зубалова и Джакели, владельцев нефтяных участков на берегу этой бухты. Они обратились с протестом к Бакинскому губернатору, обосновывая свои возражения тем, что вышки будут мешать их морским судам подвозить к причалам, сооруженным на берегу бухты, необходимые материалы для бурения и добычи. Лишь в 1877 г. Управление горной частью ответило отказом на просьбу предоставить участки на море.
Следующими просителями были В.К. Згленицкий, Н.И. Лебедев и И.С. Заковенко, которые ходатайствовали перед различными инстанциями в 1896, 1898, 1900 и 1905 г. о получении разрешения на морское бурение. В 1896 г. горный инженер В.К. Згленицкий подал прощение в Управление государственным имуществом Бакинской губернии и Дагестанской области, в котором он просил отвести ему участок морского дна для поисков и добычи нефти. Управление государственным имуществом ответило отказом, ссылаясь на то, что море и морское дно не находятся в его ведении.
В следующий раз прошение было подано на имя министра земледелия и государственного имущества и оставлено без ответа. Только после повторного обращения Министерство земледелия и государственного имущества передало прошение на рассмотрение Горного департамента, который, не разобравшись в сущности предложения, высказался отрицательно. Отказ обосновывался тем, что нефть, добываемая на море, будет дороже, чем на суше, организация нефтяной промышленности в море нанесет большой ущерб рыболовству, а наличие вышек в море и, возможно, открытые нефтяные фонтаны будут мешать судоходству. Однако департамент признал необходимость глубоко изучить наличие нефтяных пластов под дном моря. В 1897 г. изучение этого вопроса было передано инженеру Кавказского рудного управления Н.И. Лебедеву, который своими исследованиями подтвердил нефтеносность пластов Бакинской бухты. В результате Горный департамент принимает следующее решение: «В тех частях морского дна, где геологическими исследованиями установлено уже присутствие нефти и где наличность нефтяных промыслов не причинит вреда рыболовству и судоходству, добыча нефти может быть допущена, но не непосредственно, а после засыпки землей».
Данное решение не заставило В.К. Згленицкого отказаться от своего проекта, и в 1900 г. он вновь обращается с ходатайством в Кавказское горное управление о предоставлении ему права на добычу нефти в Биби-Эйбатской бухте. Управление направило это ходатайство в Министерство земледелия и государственного имущества со своим заключением, которое гласило, что проект опасен в пожарном отношении и добычу нефти на морских участках можно допустить только после создания искусственной территории путем засыпки моря на отведенных участках. Проект В.К. Згленицкого передали на рассмотрение технической комиссии министерства. По проекту бурение скважин предусматривалось с отдельно стоящих площадок, сооружаемых на деревянных сваях, забитых в грунт. Во избежание загрязнения моря и потерь нефти в случае выброса на основании предусматривалось сооружение емкости на 3000 т. Для транспортировки нефти на берег проектировалось строительство нефтеналивной баржи грузоподъемностью 3000 т с необходимым насосным оборудованием. Техническая комиссия не приняла проект и, так же как Горный департамент, высказалась за разработку морских нефтяных участков только после их засыпки грунтом. Одновременно она признала возможным отвести в Биби-Эйбатской бухте под засыпку 300 десятин (одна десятина чуть больше 1 га). После обсуждения этого вопроса в кабинете министров 30 июня 1901 г. Горный департамент принял решение о засыпке части акватории Биби-Эйбатской бухты. Согласно этому решению выделенные под засыпку 300 десятин были разбиты на участки площадью по 4 десятины каждый. Было доведено до сведения нефтепромышленников о сдаче этих участков по цене 125 тыс. руб. Для руководства работами по засыпке был создан исполнительный комитет, состоявший из нефтепромышленников, который приступил к работе в конце 1905 г., когда было сдано в аренду уже 50 участков.
Однако несмотря на решение Горного департамента о возможности разработки морских месторождений только после засыпки грунтом отведенных территорий, в конце 1905 г. в департамент обратился инженер Н.С. Заковенко с ходатайством разрешить бурение скважин с помощью плавучей бурильной установки, размещенной на кессон-понтоне. Хотя эксперты дали высокую оценку этому проекту, он также был отвергнут Горным департаментом, который мотивировал отказ недоработанностью проекта. Окончательно был оставлен проект засыпки бухты. Согласно проекту, участок моря в 300 десятин предварительно подлежал ограждению каменным молом. Для руководства работами по засыпке бухты исполнительный комитет пригласил инженера П.Н. Потоцкого, работавшего в Херсоне на строительстве канала в устье Днепра.
Сооружение заградительного мола, начатое в январе 1910 г., было закончено в середине 1911 г., после чего общество «Сормово» приступило к засыпке. С этой целью Сормовский судостроительный завод построил специальный землечерпальный караван в составе двух землесосов мощностью по 1100 л. с, двух рефулеров, шести буксиров, десяти барж вместимостью 1100 м3 и двух вспомогательных судов. Работы продолжались 8,5 лет, и было засыпано 193 десятины (или 211 га) морского дна. 28 апреля 1920 г. в Азербайджане была установлена Советская власть, а 24 мая национализированы предприятия, занимающиеся добычей и переработкой нефти. С первых дней национализации нефтяники Баку приступили к восстановлению и реконструкции нефтяной промышленности. В скором времени были также возобновлены работы по засыпке бухты. Первая очередь засыпки площадью 27 га была закончена в течение двух лет. Уже в 1922 г. на отвоеванной у моря территории были заложены первые разведочные скважины. В начале 1923 г. в бурении находилось 10 скважин. Труды нефтяников по освоению нефтяных месторождений с искусственно созданной территории увенчались успехом. Первая законченная бурением скважина 18 апреля 1923 г. дала фонтан чистой нефти.
Исключительно хорошие результаты, полученные при бурении и эксплуатации первых скважин, побудили усилить темпы разработки засыпанной нефтяной площади и приступить к работам по засыпке второй очереди в соответствии с разработанным П.Н. Потоцким проектом.
Результаты, полученные при бурении скважин, и исследования, проведенные геологами, показали, что богатые залежи уходят в море, далеко за пределы засыпанной территории. Тогда появилась идея бурить скважины со специально сооружаемых островков в открытом море. Еще в 1925 г. из скважины, пробуренной с отдельно стоящего деревянного основания, сооруженного в Биби-Эйбатской бухте, ударил мощный фонтан. Скважина 61, законченная бурением с этого островка, -- первая в мире пробуренная в море. Этот успешный опыт привел к тому, что работы по освоению нефтяных залежей, залегающих под дном моря, продолжились при помощи бурения отдельно стоящих скважин.
За пять лет после ввода в эксплуатацию скважины 61 были пробурены 262 скважины и добыто 6600 тыс. т нефти и значительное количество газа. Первое время искусственные островки сооружались путем забивки в грунт деревянных свай копром, смонтированным на двух спаренных лодках -- киржимах. На основание одной скважины требовалось до 300 длинномерных свай. Необходимость завоза леса из северных районов страны, а также сезонность доставки серьезно тормозили разворот работ по вовлечению в эксплуатацию богатых нефтяных залежей. Недостатком было и то, что сваи нельзя было забивать в районах моря, где дно сложено крепкими породами, с наличием подводных скал. Только в 1934 г. молодые инженеры Н.С. Тимофеев и К.Ф. Михайлов предложили и осуществили на практике метод строительства морских индивидуальных оснований на металлических буро-заливных сваях. Началась разработка морских месторождений в прибрежных водах о. Артем.
Таким образом, можно констатировать, что разведка и разработка морских нефтяных месторождений методами создания искусственных территорий и строительства индивидуальных оснований островного типа впервые в море были осуществлены в СССР в бухте Ильича (бывш. Биби-Эйбатская).
Вплоть до начала Великой Отечественной войны шла планомерная работа по освоению подводных богатств Каспия. Вызванная войной перебазировка буровиков вместе с техникой на восток страны привела к резкому сокращению буровых работ везде, в том числе и на море. С окончанием войны и постепенным возвращением в Азербайджан буровиков вновь развернулись буровые работы. На море разведочное и эксплуатационное бурение долгое время осуществлялось на небольших глубинах с индивидуальных оснований конструкций Н.С. Тимофеева, Б.А. Рагинского и других нефтяников.
Из-за частых штормов работы по сооружению оснований затягивались. Это очень сдерживало освоение морских месторождений нефти и газа. Отдельные скважины, заложенные на берегу и осуществляемые бурением наклонно-направленным способом в море, мало способствовали максимальному наращиванию добычи с акватории Каспия. Все это привело к появлению конструкции блочных оснований, отдельные узлы которой изготавливались на механическом заводе и переправлялись на берег, ближе к зоне намечаемого бурения. Первая подобная буровая вышка конструкции Л.А. Межлумова была установлена в районе о. Артем в 1948 г. С созданием нового, более эффективного стационарного основания буровые работы в море получили широкий размах. Потребности послевоенной страны в нефти обусловливали необходимость ввода в эксплуатацию новых богатых месторождений. В связи с этим остро встал вопрос о разведке и добыче нефти на морских акваториях.
Учитывая наличие положительных геологических и разведочных данных, в 1948 г. было решено заложить в районе Нефтяных Камней морскую разведочную скважину. Первый промышленный фонтан нефти на Нефтяных Камнях ударил 7 ноября 1949 г. Это было событие, возвестившее об открытии уникального нефтегазового месторождения на Каспии.
Большое значение в ускоренном освоении морских нефтегазовых месторождений имело внедрение морских эстакад и высокопроизводительных методов их строительства, разработанных Б.А. Рагинским, А.О. Асан-Нури, Н.С. Тимофеевым и др. В 1951 г. было начато строительство эстакад на месторождении Нефтяные Камни. К 1964 г. в море было построено более 200 км эстакад и приэстакадных площадок, освоены глубины моря до 40 м. На базе широкомасштабных работ по разведке и освоению морских нефтяных площадей появилась новая отрасль нефтегазопромыслового дела -- разработка морских нефтегазовых месторождений. На основании обобщения и систематизации опыта освоения и эксплуатации морских залежей нефти и газа был выработан ряд положений и принципов техники и технологии добычи нефти и газа в море. В настоящее время длина эстакад на Каспии превышает 350 км, освоены глубины до 70 м. В 1980 г. была сооружена плавучая полупогружная буровая установка (ППБУ) «Каспморнефть», построенная по заказу Мингазпрома фирмой «Раума Репола» в Финляндии и оснащенная мощным буровым оборудованием, которое позволяет бурить разведочные скважины глубиной 6000 м при толще воды до 200 м.
За время разработки с 1949 по 1980 г. из месторождений Южного Каспия было добыто свыше 260 млн т нефти и более 135 млрд м3 газа. В СССР уже в 1978 г. было создано специальное управление при Мингазпроме для разработки шельфовых морских месторождений. В 1990 г. в управлении работали почти 100 тыс, человек.
Тенденция роста добыч нефти и газа(1928-1965)(рис 13)
Морская добыча нефти и газа, начатая на Каспии, теперь распространилась и на другие моря и океаны. Интенсивное потребление топливно-энергетического сырья было причиной тому, что к началу 1980-х гг. поиски нефти и газа на континентальном шельфе проводили более 100 из 120 стран, имеющих выход к морю, причем около 50 стран разрабатывали морские месторождения нефти и газа. По Женевской конвенции 1958 г. территория моря до глубины 200 м, примыкающая к береговой линии, принадлежит территории страны, а дальше начинается свободная зона. Наиболее крупными районами морской добычи являются Мексиканский залив, оз. Маракайбо (Венесуэла), Северное море и Персидский залив, на долю которых приходится 75 % мировой добычи нефти и 85 % -- газа. В настоящее время общее число морских добывающих скважин во всем мире превышает 100 000, и нефть добывается с глубин моря до 300 -- 600 м. По темпам морского бурения и по добыче нефти из морских месторождений впереди США, Норвегия и Великобритания. В США разведку шельфа субсидирует правительство, и размеры дотаций составляют до 80 % от общей стоимости проекта.За 20 лет, с 1960 по 1980 г., добыча нефти на континентальном шельфе увеличилась в 7 раз -- со 110 до 720 млн т и составила до 25 % всей мировой добычи. В настоящее время на долю нефти, добытой из морских месторождений, приходится около 30 % всей мировой продукции, а газа -- еще больше. Добыча нефти на шельфе ведется при помощи погружных и полупогружных буровых платформ. В нашей стране буровых установок, которые применяют в западных странах, мало, так как они дороги. Кроме того, это сложные инженерные сооружения. Одна из самых больших установок имеет высоту 170 м, весит 10 млн т, имеет четыре опоры, в каждую из которых мог бы войти трехсекционный девятиэтажный дом. Работает на ней кран грузоподъемностью 2,5 тыс. т. Он может поднять пятиэтажный 100-квартирный дом. Бурить с такой установки можно до 48 скважин, а добыча составляет до 8 млн т нефти, что равно всей годовой добыче Каспия. Стоимость такой установки 2 млрд дол. В России эксплуатируются четыре плавучие буровые установки(рис 14), закупленные в свое время в Канаде. Установлены они в Баренцевом море и на Сахалине. Для разработки континентального шельфа России создан консорциум, в который вошли Япония и США.
На процесс бурения скважин на море влияют естественные, технические и технологические факторы (рис 15)Наибольшее влияние оказывают естественныефакторы, определяющие организацию работ, конструктивное исполнение техники, ее стоимость, геологическую информативность бурения и т.п. К ним относятся гидрометеорологические, геоморфологические и горно-геологические условия.
Гидрометеорологические условия характеризуются волнением моря, его ледовым и температурным режимами, колебаниями уровня воды (приливы -- отливы, сгоны -- нагоны) и скоростью ее течения, видимостью (туманы, низкая облачность, метели, осадки). Для большинства морей, омывающих берега России (Японское, Охотское, Берингово, Белое, Баренцево, Татарский пролив), характерна следующая средняя повторяемость высоты волн, %: до 1,25 м (3 балла) -- 57; 1,25 -- 2,0 м (4 балла) -- 16; 2,0 -- 3,0 м (5 баллов) -- 12,7; 3,0 -- 5,0 (6 баллов) -- 10. Средняя повторяемость высоты волн до 3,0 м в Балтийском, Каспийском и Черном морях составляет 93 %, 3,0 --5,0 м -- 5 %. Прибрежная зона арктических морей большую часть года покрыта неподвижными припайными льдами. Судоходство здесь возможно лишь 2 -- 2,5 месяца в году. В суровые зимы в закрытых заливах и бухтах арктических морей возможно бурение со льда и ледяного припая. Представляет опасность бурение со льда в периоды его таяния, разламывания и дрейфа. В то же время дрейфующий лед сглаживает волнение. Особенно это характерно для морей Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского. Здесь средняя повторяемость высоты волн до 3 м составляет 92 %, 3 -- 5 м -- 6,5 %. Для бурения на акваториях опасны отрицательные температуры воздуха, вызывающие обледенение бурового основания и оборудования и требующие больших затрат времени и труда на приведение в готовность силового оборудования после отстоя. Ограничивает время бурения на море также снижение видимости, которое в безледовый период чаще отмечается в ночные и утренние часы. Влияние пониженной видимости на процесс бурения на море можно уменьшить, применив на буровой установке и на берегу современную технику радиолокационного наведения и радиосвязи. Буровые основания подвержены в море действию течений, связанных с ветровой, приливно-отливной и общей циркуляцией вод. Скорость течений в некоторых морях достигает больших значений (например, в Охотском море до 5 м/с). Воздействие течений изменяется во времени, по скорости и направлению, что требует постоянного контроля положения плавучей буровой установки (ПБУ) и даже перестановки ее якорей. Работа при течениях свыше 1 м/с возможна только при усиленных якорных устройствах и средствах их развоза. В зоне высоких приливов и отливов обнажается дно большой части прибрежной акватории и резко увеличивается так называемая зона недоступности, в которую буровые суда не могут доставлять установки. Высота приливов даже на соседствующих морях и их участках различна. Так, в Японском море приливы практически не ощутимы, а в северной части Охотского моря они достигают 9--11 м, образуя при отливе многокилометровые полосы обнаженного дна. Геоморфологические условия определяются очертаниями и строением берегов, топографией и почвой дна, удаленностью точек заложения скважин от суши и обустроенных портов и т.п. Для шельфов почти всех морей характерны малые уклоны дна. Изобаты с отметкой 5 м находятся на расстоянии 300-- 1 500 м от берега, а с отметкой 200 м -- 20--60 км. Однако имеются желоба, долины, впадины, банки. Почва дна даже на незначительных площадях неоднородна.
Песок, глина, ил чередуются со скоплениями ракушки, гравия, гальки, валунов, а иногда и с выходами скальных пород в виде рифов и отдельных камней. На первой стадии освоения морских месторождений твердых полезных ископаемых основным объектом геологического изучения являются участки в прибрежных районах с глубинами акваторий до 50 м. Это объясняется меньшей стоимостью разведки и разработки месторождений на меньших глубинах и достаточно большой площадью шельфа с глубинами до 50 м. Единичные разведочные скважины пробурены во впадинах глубиной до 100 м.Основная зона шельфа, разведываемая геологами, составляет полосу шириной от сотен метров до 25 км. Удаленность точек заложения скважин от берега прибурении с ледового припая зависит от ширины припайной полосы и для арктических морей достигает 5 км. Балтийское, Баренцево, Охотское моря и Татарский пролив не имеют условий для быстрого укрытия плавсредств в случае шторма из-за отсутствия закрытых иполузакрытых бухт. Здесь для бурения эффективнее применять автономные ПБУ, так как при использовании неавтономных установок трудно обеспечить безопасность персонала и сохранность установки в штормовых условиях. Большую опасность представляет работа у крутых обрывистых и каменистых берегов, не имеющих достаточно широкой зоны пляжа. В таких местах при срыве неавтономной ПБУ с якорей ее гибель практически неизбежна. В районах шельфа арктических морей почти нет обустроенных причалов, баз и портов, поэтому вопросам жизнеобеспечения буровых установок и обслуживающих их кораблей (ремонт, заправка, укрытие на время шторма) здесь необходимо придавать особое значение. Во всех отношениях лучшие условия имеются в Японском и внутренних морях России. При бурении в удаленных от возможных мест укрытий районах должна быть хорошо налажена служба оповещения прогноза погоды, а применяемые для бурения плавсредства должны обладать достаточной автономностью, остойчивостью и мореходностью. Горно-геологические условия характеризуются в основном мощностью и физико-механическими свойствами горных пород, пересекаемых скважиной. Отложения шельфа обычно представлены рыхлыми породами с включением валунов. Основными составляющими донных отложений являются илы, пески, глины и галька. В различных соотношениях могут образовываться отложения песчано-галечные, суглинки, супеси, песчано-илистые и т.д. Для шельфа дальневосточных морей породы донных отложений представлены следующими видами, %: илы -- 8, пески -- 40, глины -- 18, галька -- 16, прочие -- 18. Валуны встречаются в пределах 4 -- 6 % в разрезе пробуренных скважин и 1 0-- 1 2 % скважин от общего их количества. Мощность рыхлых отложений редко превышает 50 м и изменяется от 2 до 100 м. Мощность прослоек тех или иных пород колеблется от нескольких сантиметров до десятков метров, а интервалы их проявления по глубине не подчиняются никакой закономерности, за исключением илов, которые находятся в большинстве случаев на поверхности дна, достигая в “спокойных”закрытых бухтах 45 м.Илы в верхних слоях находятся в разжиженном состоянии, на больших глубинах несколько уплотнены: сопротивление сдвигу 16 -- 98 кПа; угол внутреннего трения 4 -- 26°; пористость 50 -- 83 %; влажность 35 -- 90 %. Пески имеют сцепление, практически равное нулю, угол внутреннего трения 22 -- 32°, пористость 37-- 45 %. Сопротивление сдвигу глин составляет 60 -- 600 кПа; показатель консистенции 0,18--1,70; пористость 40 -- 55 %; влажность 25 -- 48 % . Породы донных отложений, за исключением глин, несвязные и легко разрушаются при бурении (II -- IV категорий по буримости). Стенки скважин крайне неустойчивы и без крепления после их обнажения обрушиваются. Нередко из-за значительной обводненности пород образуются плывуны. Подъем керна с таких горизонтов затруднен, а их бурение возможно преимущественно с опережением забоя скважины обсадными трубами.
Аварии при добыче нефти(рис 17) на континентальном шельфе Добыче газа и нефти на морском шельфе неизбежно сопутствуют различного рода аварии. Это источники сильного загрязнения морской среды на всех стадиях проведения работ. Причины и тяжесть последствий таких аварий могут варьироваться очень сильно, это зависит от конкретного стечения обстоятельств, технических и технологических факторов. Можно сказать, что каждая отдельная авария разворачивается по своему собственному сценарию.
Самые типичные причины - это поломка оборудования, ошибки персонала и чрезвычайные природные явления, такие как ураганный ветер, сейсмическая активность и многие другие. Основная опасность таких аварий, разливы или выбросы нефти, газа и массы других химических веществ и компонентов, ведет к тяжелейшим последствиям для окружающей среды. Особенно сильное влияние такие аварии оказывают, случаясь неподалеку от берега, на мелководье и в местах с медленным водооборотном.
Аварии на стадии бурения Такие аварии связаны, в первую очередь с неожиданными выбросами жидких и газообразных углеводородов из скважины в результате прохождения буром зон с повышенным давлением. Пожалуй, только разливы нефти с танкеров, могут сравнится с такими авариями по силе, тяжести, а также частоте.Их условно можно разделить на две основные категории. Первая включает в себя интенсивный и длительный фонтанообразный выброс углеводородов, что случается, когда давление в зоне бурения становиться ненормально высоким и обычные методы заглушки не помогают. Это особенно часто происходит при разработке новых месторождений. Именно такая авария случилась при разработке месторождения Сахалин-1. Второй тип происшествий связан с регулярными эпизодами утечки углеводородов в течение всего времени бурения. Они не так впечатляющи, как достаточно редкие случаи фонтанирования, однако влияние, оказываемое ими на морскую среду вполне сравнимы, в силу их частоты
Сложные и протяженные подводные трубопроводы были и остаются одним из основных факторов экологического риска при добыче нефти на шельфе. Причин тому несколько, они разнятся от дефектов материала и его усталости, до тектонических движений дна и повреждения якорями и донными тралами. В зависимости от причины и характера повреждения, трубопровод может стать источником как небольшой, так и крупной утечки или выброса нефти.
Крупнейшие аварии на нефтедобывающих платформах
Март 1980 г. Нефтедобывающая платформа Alexander Keilland в Северном море разломилась в результате "усталости металла" и опрокинулась. Погибло 123 человека.
· Сентябрь 1982 г. Нефтедобывающая платформа Ocean Ranger (США) перевернулась в Северной Атлантике, погибло 84 человека.
· Февраль 1984 г. Один человек погиб и 2 ранены в результате взрыва на нефтедобывающей платформе в Мексиканском заливе около побережья Техаса.
· Август 1984 г. В результате взрыва и пожара на платформе Petrobras около побережья Бразилии 36 человек утонуло и 17 ранено.
· Июль 1988 г. Крупнейшая катастрофа в истории -- на нефтедобывающей платформе Occidental Petroleum"s Piper Alpha в результате взрыва, последовавшего за утечкой газа, погибло 167 человек.
· Сентябрь 1988 г. 4 человека погибли в результате взрыва и последующего затопления нефтедобывающей платформы, принадлежащей Total Petroleum Co. (Франция), около побережья Борнео.
· Сентябрь 1988 г. Взрыв и пожар на нефтедобывающей платформе Ocean Odyssey в Северном море, один человек погиб.
· Май 1989 г. Три человека ранены в результате взрыва и пожара на нефтедобывающей платформе Union Oil Co. (США) у берегов Аляски.
· Ноябрь 1989 г. Взрыв на нефтедобывающей платформе Penrod Drilling Co. в Мексиканском заливе, ранено 12 человек.
· Август 1991 г. Взрыв на принадлежащей Shell нефтедобывающей
· Январь 1995 г. Взрыв на принадлежащей Mobil нефтедобывающей платформе около побережья Нигерии, 13 человек погибли.
· Январь 1996 г. 3 человека погибли и 2 ранены в результате взрыва на нефтедобывающей платформе Morgan в Суэцком заливе.
· Июль 1998 г. 2 человека погибли в результате взрыва на нефтедобывающей платформе Glomar Arctic IV.
· Январь 2001 г. 2 человека погибли в результате пожара на газодобывающей платформе Petrobras около побережья Бразилии.
· 16 марта 2001 г. У берегов Бразилии взорвалась Р-56 - самая крупная нефтяная платформа в мире, которая принадлежала фирме Petrobras. Погибли 10 нефтяников. 20 марта, после серии разрушительных взрывов платформа затонула, нанеся непоправимый ущерб окружающей среде региона и общие убытки, которые по оценкам специалистов (включая упущенную выгоду) превышают миллиард долларов США. В Бразилии это сообщение вызвало массовые протесты: за последние три года на предприятиях компании случилось 99 ЧП.
· 15 октября 2001 г. По заключениям экологов, развернутое возведение нефтяных платформ на сахалинском шельфе поставило под угрозу популяцию охраняемого серого кита. Нефтяная компания «Сахалинская энергия» начала сброс в Охотское море токсичных отходов своего производства.
Причины и тяжесть последствий аварий при добыче газа и нефти на морском шельфе. Конструкции полупогружных платформ. Схема подводного закачивания скважин. Особенности морской добычи нефти. Характеристика полупогружной буровой установки Glomar Arctic IV.
реферат , добавлен 11.10.2015
Разработка нефтяных месторождений. Техника и технология добычи нефти. Фонтанная эксплуатация скважин, их подземный и капитальный ремонт. Сбор и подготовка нефти на промысле. Техника безопасности при выполнении работ по обслуживанию скважин и оборудования.
отчет по практике , добавлен 23.10.2011
Общие сведения о нефтяной промышленности, как в мире, так и в России. Мировые запасы нефти, ее добыча и потребление. Рассмотрение территориальной организации добычи и переработки нефти в Российской Федерации. Основные проблемы развития отрасли в стране.
курсовая работа , добавлен 21.08.2015
Методы поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений. Этапы поисково-разведочных работ. Классификация залежей нефти и газа. Проблемы при поисках и разведке нефти и газа, бурение скважин. Обоснование заложения оконтуривающих разведочных скважин.
курсовая работа , добавлен 19.06.2011
Подготовительные работы к строительству буровой. Особенности режима бурения роторным и турбинным способом. Способы добычи нефти и газа. Методы воздействия на призабойную зону. Поддержание пластового давления. Сбор, хранение нефти и газа на промысле.
курсовая работа , добавлен 05.06.2013
Геологические основы поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений. Нефть: химический состав, физические свойства, давление насыщения, газосодержание, промысловый газовый фактор. Технологический процесс добычи нефти и природного газа.
контрольная работа , добавлен 22.01.2012
Орогидрография Самотлорского нефтяного месторождения. Тектоника и стратиграфия. Коллекторские свойства продуктивных пластов. Свойства нефти, газа и воды в пластовых условиях. Технология добычи нефти. Методы борьбы с осложнениями, применяемые в ОАО "СНГ".
курсовая работа , добавлен 25.09.2013
Выбор способов добычи нефти. Схема оборудования фонтанной скважины. Газлифтный и насосные способы добычи нефти. Устройство скважинной струйной насосной установки. Критерии оценки технологической и экономической эффективности способов эксплуатации.
презентация , добавлен 03.09.2015
Залежи нефти в недрах Земли. Нефтеразведка с помощью геологических, геофизических, геохимических и буровых работ. Этапы и способы процесса добычи нефти. Химические элементы и соединения в нефти, ее физические свойства. Продукты из нефти и их применение.
реферат , добавлен 25.02.2010
Общая характеристика, история и основные этапы освоения исследуемого месторождения. Используемое оборудование и инструментарий при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. Профессиональные права и обязанности оператора по добычи нефти и газа.
Добыча полезных ископаемых ведется с помощью специальных инженерных сооружений - буровых платформ. Они обеспечивают нужные условия для того, чтобы велись разработки. Буровая платформа может обустраиваться на разной глубине - это зависит от того, насколько глубоко залегают и газа.
Нефть залегает не только на суше, но и в континентальном шлейфе, который окружен водой. Именно поэтому некоторые установки оснащаются специальными элементами, благодаря которым они держатся на воде. Такая буровая платформа - это монолитное сооружение, которое выступает как опора для остальных элементов. Монтаж конструкции выполняется в несколько этапов:
Буровые платформы - основные сооружения, на основе которых ведутся разработки нефти и газа как на суше, так и на воде. Строительство буровых платформ ведется только после того, как определено наличие нефти и газа в конкретном регионе. Для этого бурится скважина разными методами: вращательным, роторным, турбинным, объемным, винтовым и многими другими.
Наиболее распространен роторный метод: при его использовании внутрь породы проводится вращающееся долото. Популярность данной технологии объясняется возможностью бурения выдерживать значительные нагрузки в течение длительного времени.
Буровая платформа может быть самой разной по конструкции, но возводиться она должна грамотно, в первую очередь с учетом показателей безопасности. Если о них не позаботиться, последствия могут быть серьезными. Например, из-за неправильных расчетов установка может просто разрушиться, что приведет не только к потерям финансов, но и к гибели людей. Все нагрузки, которые действуют на установки, бывают:
В нашей стране разработаны разные виды буровых платформ. На сегодняшний день на российском шлейфе работают 8 стационарных добычных систем.
Нефть может залегать не только на суше, но и под толщей воды. Чтобы добывать ее в таких условиях, применяются буровые платформы, которые ставятся на плавучие сооружения. В качестве плавательных средств в этом случае используются понтоны, самоходные баржи - это зависит от специфических особенностей разработки нефти. Морские буровые платформы имеют определенные конструктивные особенности, поэтому могут держаться на воде. В зависимости от того, какова глубина нефти или газа, используются разные буровые установки.
Около 30% нефти добывается именно с морских месторождений, поэтому все чаще возводятся скважины именно на воде. Чаще всего делается это на мелководье с помощью фиксирования свай и установки на них платформ, вышек, нужного оборудования. Для бурения скважин на глубоководных участках используются плавучие платформы. В некоторых случаях выполняется сухое бурение скважин на воду, что целесообразно для неглубоких проемов до 80 м.
Плавучие платформы устанавливаются на глубину 2-150 м и могут применяться в разных условиях. Такие конструкции могут быть компактных размеров и работать в небольших реках, а могут устанавливаться и в открытом море. Плавучая буровая платформа - это выгодное сооружение, так как даже при небольших размерах она может выкачать большой объем нефти или газа. А это дает возможность экономить на затратах на транспорт. Такая платформа проводит в море несколько дней, затем возвращается на базу, чтобы опустошить резервуары.
Стационарная морская буровая платформа представляет собой сооружение, которое состоит из верхнего строения и опорного основания. Оно фиксируется в грунте. Конструктивные особенности таких систем разные, поэтому выделяются следующие виды стационарных установок:
В зависимости от того, на какой глубине ведутся разработки нефти и газа, все стационарные платформы делятся на несколько видов:
Именно на фиксированные платформы приходятся основные добывающие мощности, так как они более выгодны в экономическом плане и более просты в монтаже и эксплуатации. В упрощенном варианте такие установки имеют стальное каркасное основание, которое выступает как несущая конструкция. Но использовать стационарные платформы нужно с учетом статичности и глубины воды в районе бурения.
Установки, в которых основание выполнено из железобетона, укладываются на дно. Они не нуждаются в дополнительных креплениях. Такие системы применяются на мелководных месторождениях.
На море выполняется посредством мобильных установок следующих видов: самоподъемных, полупогружных, буровых судов и барж. Баржи применяются на мелководных месторождениях, причем существует несколько видов барж, которые могут работать на самой разной глубине: от 4 м до 5000 м.
Буровая платформа в виде баржи используется на начальных этапах разработки месторождений, когда нужно бурить скважины на мелководье или защищенных участках. Такие установки применяются в устьях рек, озер, болот, каналов на глубине 2-5 м. Такие баржи в большинстве своем несамоходные, поэтому с их помощью нельзя проводить работы в открытом море.
Буровая баржа имеет три основных составляющих: подводный погружной понтон, который устанавливается на дно, надводную платформу с рабочей палубой и конструкцию, которая соединяет эти две части.
Самоподъемные буровые платформы похожи на буровые баржи, но первые более модернизированные и совершенные. Они поднимаются на мачтах-домкратах, которые опираются на дно.
Конструктивно такие установки состоят из 3-5 опор с башмаками, которые опускаются и вдавливаются в дно на время проведения буровых работ. Такие конструкции могут ставиться на якоря, но опоры - более безопасный режим эксплуатации, так как корпус установки не касается поверхности воды. Самоподъемная плавучая платформа может работать на глубине до 150 м.
Данный вид установки возвышается над поверхностью моря благодаря колоннам, которые опираются на грунт. Верхняя палуба понтона - это место, где монтируется необходимое технологическое оборудование. Все самоподъемные системы отличаются формой понтона, количеством опорных колонн, формой их сечения и конструктивными особенностями. В большинстве случаев понтон имеет треугольную, прямоугольную форму. Количество колонн - 3-4, но в ранних проектах системы создавались на 8 колоннах. Сама буровая вышка или располагается на верхней палубе, или выдвигается за корму.
Эти буровые установки являются самоходными и не требуют буксировки на участок, где проводятся работы. Проектирование таких систем выполняется специально для установки на небольшой глубине, поэтому они не отличаются устойчивостью. Буровые суда используются при разведке нефти и газа на глубине 200-3000 м и глубже. На такое судно ставится буровая вышка, а бурение выполняется непосредственно через технологическое отверстие в самой палубе.
При этом судно оснащается всем необходимым оборудованием, чтобы можно было управлять им при любых погодных условиях. Якорная система позволяет обеспечить должный уровень устойчивости на воде. Добытая нефть после очищения хранится в специальных резервуарах в корпусе, а затем перегружается в грузовые танкеры.
Полупогружная нефтяная буровая платформа - одна из популярных буровых установок на море, так как она может эксплуатироваться на глубине свыше 1500 м. Плавучие конструкции могут погружаться на значительную глубину. Установка дополнена вертикальными и наклонными раскосами и колоннами, которые обеспечивают устойчивость всего сооружения.
Верхний корпус таких систем - это жилые помещения, которые оборудованы по последнему слову техники и имеют нужные запасы. Популярность полупогружных установок объясняется разнообразными вариантами архитектурных решений. Они зависят от количества понтонов.
Полупогружные установки имеют 3 вида осадки: бурение, режим штормового отстоя и переход. Плавучесть системы обеспечивается опорами, которые к тому же позволяют установке сохранять вертикальное положение. Отметим, что работа на буровых платформах России оплачивается высоко, однако для этого нужно иметь не только соответствующее образование, но и большой опыт работы.
Таким образом, буровая платформа - это модернизированная система разного типа, которая может бурить скважины на различной глубине. Конструкции широко применяются в нефте- и газодобывающей промышленности. Перед каждой установкой ставится конкретная задача, поэтому они отличаются и конструктивными особенностями, и функциональностью, и объемом переработки, и транспортировкой ресурсов.
В настоящее время до 70% всей энергии, потребляемой в мире, дают нефть и газ. Истощение этих природных ресурсов на суше обусловливает увеличение их добычи в море. Уже через 10-20 лет половину необходимой индустриальным регионам земного шара энергии смогут дать месторождения, расположенные в морских акваториях. Ни огромные затраты на сооружение сложнейших технологических объектов, ни крайне тяжелые природные условия освоения подводных месторождений не остановят роста добычи нефти и газа из-под морских глубин.
Основной ее объем будет обеспечен в результате разработки залежей в континентальном шельфе, где на 16 млн км 2 возможно скопление нефти и газа.
Объем морских поисково-разведочных работ и добыча нефти и газа будут продолжать расти, в том числе и в глубоководных районах, несмотря на то, что эти работы требуют огромных затрат. В морскую нефтегазовую промышленность каждый год вкладываются сотни миллиардов долларов США, причем более трети всех инвестиций приходится на разведку и эксплуатацию.
Весьма значителен парк передвижных плавучих буровых установок, с помощью которых ежегодно бурят более 2 тысяч скважин, включая примерно 850 поисково-разведочных. Спрос на подвижные буровые платформы достаточно устойчив и составляет почти тысячу единиц.
Мировая потребность в баржах-трубоукладчиках и трубозаглубителях, а также в плавучих кранах оценивается до 250 - 300, а во вспомогательных судах - до 1800 единиц. Сохраняется спрос на стационарные стальные и бетонные платформы и на подвижные буровые платформы.
Прогнозируется рост объемов работ, связанных с инспектированием и ремонтом морских сооружений (трубопроводов, платформ и т. д.). В связи с этим ожидается увеличение спроса на подводные суда для наблюдения за работами по прокладке и ремонту подводных нефте- и газопроводов, а также установки подводных систем для эксплуатации скважин.
Несмотря на расширение использования манипуляторов с дистанционным управлением, увеличится спрос на водолазные работы, так как во многих случаях робототехнические устройства по-прежнему не могут заменить человека при работе под водой.
К 2005 г. новые месторождения нефти и газа были открыты в 96 странах; разведанные запасы газа при этом составили (По данным журнала «Oil and Gas Journal») более 146 трлн куб. м, а накопленная мировая добыча газа - 69 трлн куб. м. Основные разведанные запасы газа сосредоточены в России, Иране, Катаре, Саудовской Аравии, Абу-Даби, США.
Большинство стран мира проявляет высокую активность в разведке и разработке морских месторождений. Важной составной частью этой деятельности является строительство морских трубопроводных систем.
В ближайшие годы Россия имеет хорошие перспективы в части освоения морских месторождений, обусловленные высокой перспективностью российского шельфа. Как показывают исследования, в России из общего объема неразведанных ресурсов на месторождения шельфа приходится более 42%.
Крупные ресурсы газа сосредоточены на шельфах Баренцева, Печорского, Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского, Чукотского, Берингова, Охотского, Японского морей, Восточно-Камчатского и Южно-Курильского секторов Тихого океана, а также Каспийского и Азовского морей.
Для шельфов морей России установлено следующее:
недра почти всех акваторий страны (за исключением Белого моря) перспективны в отношении нефтегазоносности; на долю арктических морей приходится 85% начальных суммарных ресурсов углеводородов, дальневосточных - около 14% и внутренних- несколько более 1%; концентрация ресурсов на шельфе высокая;
основная часть наиболее достоверных ресурсов углеводородов сосредоточена на шельфе с глубиной дна моря от 20 до 50 м и в разновозрастных осадочных отложениях, залегающих на глубинах до 4-5 км, и технически доступна для бурения;
на шельфах наиболее перспективных морей РФ в общем объеме начальных суммарных запасов углеводородов преобладают более достоверные ресурсы и выявленные месторождения газа.
Всего на шельфах открыто 34 газовых, газоконденсатных и газонефтяных месторождения, в том числе на шельфе Балтийского моря - 2, Баренцева и Печорского морей - 10, Карского - 8, Охотского - 8, Каспийского - 1, Азовского - 5.
Среди перечисленных есть уникальные по запасам газа месторождения: Штокмановское, Русаковское и Ленинградское. Крупными являются месторождения Приразломное, Лудловское, Чайво-море, Одопту-море, Пилыун-Астохское и др.
До 2050 г. важное значение для добычи газа будут иметь северные акватории Западной Сибири и акватории южной части Карского и Баренцева морей. В подготовке новых запасов газа за счет неразведанных ресурсов первостепенная роль будет постепенно переходить от Западной Сибири к западной части арктического шельфа, Восточной Сибири и дальневосточным акваториям. После 2050 г. роль акваторий, особенно северных, включая восточный сектор шельфа, будет возрастать.
Таким образом, в ближайшие десятилетия с увеличением добычи газа и нефти из месторождений шельфа России потребности в морских трубопроводах будут нарастать.
