Эксплуатация скважин на морских территориях

Эксплуатация скважин на морских, заболоченных и затопленных территориях имеет общие трудности, обусловленные наличием водной поверхности. Однако наиболее серьезные проблемы связаны с эксплуатацией морских скважин. Технические решения и конструкции, созданные для морских условий, естественно, в определенной степени пригодны и в других условиях, когда поверхность земли скрыта под водой.

Интенсивный рост потребления топливного сырья, истощение ресурсов нефти и газа во многих странах мира, снижение прироста запасов нефти и газа на суше явились причиной большого интереса человечества к проблеме освоения континентального шельфа морей и океанов.

Шельф – это выровненная часть подводной окраины материков, прилегающая к берегам суши и характеризующаяся общим с ней геологическим строением. Глубина края шельфа обычно составляет 100 200 м, но в отдельных случаях достигает 1500 2000 м (рис. 17.1).

Рис. 17.1. Бурение на шельфе

Освоение нефтегазовых ресурсов показывает, что, несмотря на большие капитальные вложения, добыча нефти и газа в морях и океанах считается рентабельной.

Морские нефтегазовые промыслы (МНП) – технологические комплексы, предназначенные для добычи и сбора нефти, газа и конденсата из морских месторождений углеводородов, а также подготовки продукции к дальнейшей транспортировке (рис. 17.2).

Рис. 17.2. Морской нефтепромысел

Разрабатываются главным образом нефтяные месторождения, добыча осуществляется преимущественно фонтанным способом (в том числе с поддержанием пластового давления) с последующим переходом на газлифтный и другие механизированные способы добычи нефти. Нефтяной газ, добываемый при этом, используется для внутреннего энергопотребления, в газлифтном цикле и др. Газовые месторождения разрабатывают в случае сообщения с береговым потребителем подводным газопроводом. Отличие МНП от промысла на суше – необходимость размещения основного (в том числе устьев скважин) и вспомогательного оборудования на морских нефтегазопромысловых гидротехнических сооружениях (искусственных островах, дамбах, эстакадах, стационарных платформах) или на специализированных плавучих установках (в последнем случае устья скважин располагаются ниже уровня воды, главным образом на дне моря, так называемые, скважины подводного закачивания). Технологические схемы МНП зависят от глубины моря, возможности появления (и толщины) ледовых образований, высоты волн, скорости ветра и других природно- климатических условий (эксплуатация осуществляется главным образом на незамерзающих акваториях до глубины 300 м), а также от физико- химических характеристик добываемых флюидов, их запасов, дебита скважин и др. При глубинах моря до 25 30 м располагаются МНП преимущественно на искусственных островах и дамбах (до 5 10 м), эстакадах и других свайных сооружениях (рис. 17.3). На глубине свыше 25 30 м для обустройства морских месторождений применяют в основном стационарные платформы, состоящие из металлической или железобетонной опорной части и палубы, на которых размещают устья скважин и промысловое оборудование.

Рис. 17.3. Бурение и добыча нефти на море

До глубины 60 80 м используют главным образом однофункциональные платформы: с добывающими скважинами или технологическим оборудованием (для сбора и подготовки продукции), энергетическими объектами, компрессорными станциями, жилыми помещениями и др. Глубоководные стационарные платформы (глубина свыше 80 м), как правило, являются многофункциональными, причём платформа может являться самостоятельным нефтегазопромыслом. Количество платформ определяется объёмом дренирования и равняется обычно 24. Верхние строения платформы для удобства монтажа выполняют в виде крупных блок-модулей, например добычные блок- модули (содержат фонтанную арматуру с системой управления, а также комплексы оборудования для сбора продукции скважин и выполнения различных технологических операций), блок-модули подготовки продукции скважин для транспортировки её на берег и подготовки воды для закачки в пласт; кроме того, в состав строений входят энергетический блок-модуль, жилой модуль с расположенной на нём вертолётной площадкой, буровая вышка для капитального и текущего ремонта скважин, причальные сооружения и крановое оборудование, вышки или мачты и др. Реже применяются стационарные платформы гравитационного типа, которые оснащаются оборудованием на берегу в процессе строительства, а затем транспортируются по морю и устанавливаются на заранее подготовленную площадку на морском дне (использование гравитационных платформ ограничивается прочностью грунтов морского дна). В основании такой платформы располагаются ёмкости, которые при транспортировке обеспечивают плавучесть сооружения, а при эксплуатации применяются в качестве нефтехранилищ.

Стоимость обустройства глубоководных МНП велика, например стоимость обустройства месторождений Статфьорд в норвежском секторе Северного моря, где на глубине 145 м установлены три железобетонные стационарные платформы гравитационного типа, свыше 6 млрд долл. Типовая структура затрат (в %) на обустройство глубоководных месторождений (английский сектор Северного моря, глубиной от 70 до 160 м): опорные части стационарных платформ – 20, верхние строения с оборудованием – 38, танкерные причалы – 1, подводные трубопроводы – 9, береговые сборные пункты – 15, бурение эксплуатационных скважин – 17. На МНП, обустроенных стационарными платформами, в качестве вспомогательных применяются скважины подводного заканчивания (СПЗ) для дренирования периферийных участков месторождения, находящихся вне досягаемости наклонных скважин для разработки нефтяных оторочек, ввода в эксплуатацию разведочных скважин, и контурного и внутриконтурного заводнения и др. При глубине моря свыше 60 м весь фонд скважин МНП составляют СПЗ, а нефтегазопромысловое оборудование размещается на плавучих установках (переоборудованных полупогружных буровых платформах, танкерах). Наиболее простая схема (система ускоренного обустройства) состоит из 1 2 СПЗ, которые соединены при помощи водоотделяющей колонны через плавучий точечный танкерный причал или непосредственно с переоборудованным танкером, снабжённым блоком подготовки нефти и факелом для сжигания попутного газа. Система применяется для опытно-промышленной эксплуатации месторождений или для ускоренного ввода в эксплуатацию отдельных участков вновь открытых крупных месторождений, а также для разработки мелких месторождений, освоение которых другими способами нерентабельно.

Существуют различные схемы СПЗ.

Например, при "сухом" заканчивании подводных скважин используют применяемую на суше скважинную головку 4 (рис. 17.4), заключенную в погружную стальную камеру 3, в которой поддерживают атмосферное давление. При эксплуатации скважины камера заполнена азотом; при работах по обслуживанию или ремонту устьевого оборудования в нее через шланг подают воздух от спущенной с надводного судна капсулы 1, в которой находится бригада из трех- четырех человек. Капсулу устанавливают на соединительной юбке 2 камеры и сообщают с последней через открытый люк 5. Такая система применяется также для соединения напорных трубопроводов отдельных скважин с центральным подводным пунктом сбора нефти. При этом все необходимые операции проводят без участия водолазов.

Рис. 17.4. Схема "сухого" заканчивания морской скважины

Перспективы освоения глубоководных месторождений углеводородов (до глубины 600 900 м) связаны с использованием платформ на натяжных опорах (ПНО), которые крепятся к забитым в дно моря сваям при помощи пучков труб (цепей или тросов), а также других плавучих носителей нефтепромыслового оборудования (весь фонд скважин представлен СПЗ). В этом случае, в отличие от стационарных гидротехнических сооружений, стоимость обустройства морского месторождения почти не зависит от глубины моря, сейсмостойкость сооружения повышается, а кроме того, предоставляется возможность в короткие сроки ввести МНП в эксплуатацию, так как фонд СПЗ может быть заранее пробурен с буровых платформ; произвести быструю смену промыслового оборудования, например при переходе от фонтанного к газлифтному способу добычи; переместить ПНО с одного месторождения на другое, расположенное на иной глубине моря; осуществлять сезонную разработку месторождений, расположенных в районах с неблагоприятными гидрометеорологическими условиями, например в морях, где в определенные сезоны существует вероятность появления айсбергов, ледовых полей и др.; произвести заблаговременную эвакуацию МНП при возникновении чрезвычайных обстоятельств. Для добычи газа с морских месторождений перспективным является создание плавучих заводов по производству сжиженного природного газа (с последующей транспортировкой его на берег специальными танкерами). Освоение арктических и антарктических месторождений углеводородов связано с созданием МНП на базе различных конструкций ледостойких стационарных платформ, а также полностью подводных МНП (всё оборудование размещается на дне моря) или "шахтно-топливного" МНП (устья скважин и нефтепромысловое оборудование устанавливаются в тоннелях, проложенных под дном моря).

Для обеспечения безопасности мореплавания, рыболовства и охраны природной среды после завершения разработки морского месторождения углеводородов выполняют работы по его ликвидации, которые включают ликвидацию фонда скважин, демонтаж всех надводных и подводных сооружений и оборудования, а также очистку морского дна в районе МНП. В ряде стран (Великобритания, Норвегия) ликвидация МНП регламентирована специальным законодательством.

Заключение

В учебном пособии рассмотрен комплекс вопросов, знание и понимание которых позволит обучающемуся быстрее адаптироваться в учебном процессе и на производстве.

Для углубленного изучения отдельных разделов необходимо обращаться к специальной литературе, частично представленной в библиографическом списке учебного пособия.