Перспективы добычи нефти и газа на морских акваториях

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Перспективы добычи нефти и газа на морских акваториях

Добыча нефти и природного газа в акваториях Мирового океана имеет уже довольно длительную историю. Примитивными способами морскую добычу нефти вели еще в XIX в. в России (на Каспии), в США (в Калифорнии) и в Японии. В 30-е гг. XX в. на Каспии и в Мексиканском заливе были осуществлены первые попытки бурения на нефть со свайных сооружений и барж. Начало же действительно быстрого роста морской добычи нефти и газа относится к 1960-м гг. Еще большее ускорение этот процесс получил в 1970-1980-е гг., о чем свидетельствует число стран, добывающих нефть и природный газ в пределах континентального шельфа. В 1970 г. таких стран было всего около 20, а в начале 1990-х гг. - уже более 50. Соответственно возрастала и мировая морская добыча нефти.

Можно утверждать, что такой рост добычи морской нефти был обусловлен двумя главными факторами. Во-первых, после энергетического кризиса середины 1970-х гг. и резкого подорожания нефти повысился интерес к шельфовым бассейнам и месторождениям, которые до этого использовали не столь широко. Они были менее истощены и сулили определенную экономическую выгоду. Как уже отмечалось выше, морская добыча нефти и газа стала ярким примером проводившейся тогда политики расширения ресурсных рубежей. Во-вторых, крупномасштабное освоение морских месторождений оказалось возможным благодаря целому ряду технических новшеств, и в первую очередь применению буровых платформ.

С таких платформ в мире еще к началу 1990-х гг. было пробурено около 40 тыс. морских скважин, причем глубина бурения все время увеличивалась. Еще в начале 1980-х гг. 85 % морской нефти получали при глубинах до 100 м, а бурение при глубинах более 200 м практически отсутствовало. В середине 1990-х гг. добыча нефти при глубинах от 200 до 400 м перестала быть редкостью, а максимальная глубина возросла с 300 м в 1984 г. до 1000 м в 1994 г. и 1800 м в 1998 г. И это не говоря уже о том, что поисково-разведочное бурение ныне ведут уже на глубинах 3000 м и более. По мере увеличения глубины бурения морские промыслы стали все более удаляться от береговой линии суши. Вначале такое удаление обычно не превышало 10-15 км, затем - 50-100 км, теперь же в отдельных случаях оно достигает 400-500 км. Фактически это означает, что оно уже может выходить за пределы континентального шельфа.

При рассмотрении динамики мировой морской добычи нефти обращает на себя внимание тот факт, что в последнее время темпы ее прироста явно замедлились. Дело в том, что после преодоления энергетического кризиса и вступления мировой энергетики в новую довольно длительную стадию дешевой нефти, продолжать разработку многих шельфовых месторождений, особенно в высоких широтах, стало попросту нерентабельно из-за более высокой, чем на суше, себестоимости добычи.

В целом бурение скважин в морских акваториях обходится значительно дороже, чем на суше, причем стоимость его прогрессивно возрастает по мере увеличения глубины. Затраты на бурение даже при глубине моря в 20-30 м примерно вдвое превышают аналогичные затраты на суше. Стоимость бурения на глубине 50 м возрастает в три-четыре раза, на глубине 200 м - в шесть раз. Однако величина расходов на бурение зависит не только от глубины моря, но и от других природных факторов. В условиях Арктики, например, затраты на добычу превышают соответствующие показатели для района субтропиков или тропиков в 15-16 раз. Расчеты показывают, что даже при цене 130 долл. за 1 т нефти добыча ее к северу от 60-й параллели становится нерентабельной.

Вот почему в последнее время были пересмотрены в сторону снижения прежние прогнозы роста мировой морской добычи нефти (согласно некоторым из них, уже в 2005 г. морская нефть должна была обеспечивать не менее 35-40 % всей добычи). То же относится и к природному газу, морская добыча которого в 2000 г. составила 760 млрд м3 (31 %).

Сложившаяся к концу 1990-х гг. география морской добычи нефти и природного газа показана на рисунке 1.

Рисунок 1 - Основные регионы добычи нефти и газа

Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что морская добыча нефти и газа проводится почти в 50 точках земного шара во всех пяти обитаемых частях света. Но доля различных стран в морской нефтегазодобыче, как и доля отдельных океанов и отдельных акваторий, естественно, не может не различаться. Да и со временем она меняется. Так, в 1970 г. примерно 2/3 морской добычи давали Северная и Южная Америка и 1/3 - Юго-Западная Азия. К 1980 г. доля Америки уменьшилась, а доля Азии, Африки и Европы возросла. В 1990 г. из 760 млн т мировой морской добычи нефти на Северную и Южную Америку приходилось 230 млн, на Азию 220 млн, на Европу - 190 млн, на Африку 100 млн и на Австралию - 20 млн т.

В зарубежной Европе морские месторождения обеспечивают 9/10 всей добычи нефти и газа. Это объясняется, прежде всего, особой ролью Североморского нефтегазоносного бассейна, месторождения которого активно эксплуатируют Великобритания, Норвегия и в меньшей мере Нидерланды. Кроме того, небольшую по размерам добычу ведут в некоторых местах Средиземного моря.

В зарубежной Азии основным районом добычи нефти и газа был и остается Персидский залив, где ее ведут Саудовская Аравия, Иран, ОАЭ, Кувейт, Катар. В 1980-1990-е гг. заметно выросла добыча на континентальном шельфе морей Юго-Восточной Азии - в Малайзии, Индонезии, Брунее, Таиланде, во Вьетнаме. Поисково-разведочные работы ведут также у побережья некоторых других стран. То же относится и к шельфовой зоне морей, омывающих берега Китая. Из стран Южной Азии значительную добычу на шельфе имеет Индия.

В Африке за последнее время число стран, добывающих нефть и газ в пределах континентального шельфа, заметно возросло. Еще не так давно к ним относились только Нигерия, Ангола (на шельфе Кабинды) и Египет, но затем добавились Камерун, Конго, Габон, то есть вся полоса западного побережья материка от Нигерии до Намибии.

Именно на акваториях в последние десятилетия отмечается наибольший прирост запасов и открываются крупные и уникальные месторождения (шельфы Бразилии, Анголы, Нигерии, Вьетнама, Индии и других стран, в России - шельфы морей Баренцева, Карского, о-в Сахалин). При этом важнейшей мировой тенденцией последних лет является смещение поисковых работ и добычи нефти в глубоководные области морей и океанов на континентальный склон. В Бразилии около 70 % общей добычи нефти обеспечивается глубоководными (400-2 000 м) морскими месторождениями Марлин, Ронкадор и другими с суммарными запасами более 1 млрд. тонн Объектами поисковых работ становятся районы с глубинами моря до 3 000 м. За счет высоких дебитов и качества нефти себестоимость добычи на глубоководных месторождениях составляет около 6-8 долларов/ баррель. Общие потенциальные ресурсы нефти и газа в Мировом океане оцениваются в 1,8-2,1 трлн. тонн условного топлива, что намного превышает разведанные запасы углеводородного сырья на суше.

В настоящее время исследования и инженерные работы интенсивно ведутся в разных странах и регионах. Освоение глубоководных месторождений сопровождается быстрыми изменениями в технике и технологии бурения и нефтепромысловых работ [1].

Опыт освоения морских арктических и субарктических месторождений показал, что первоочередные месторождения для организации морских нефтегазовых промыслов в условиях сложной ледовой обстановки рационально выбирать вблизи побережья с широко развитой инфраструктурой. Особый интерес представляют залежи, которые можно разрабатывать горизонтальными скважинами, пробуренными с берега или искусственных островов. Такой подход успешно опробован на ряде опытных полигонов (месторождениях) в арктических и субарктических условиях США (море Бофорта - Endicott и другие 8 месторождений) и России (шельф Охотского моря - Чайво-море, Одопту-море и Карского моря - Юрхаровское) и является наименее опасным для ранимой природы Арктики [1].

Анализ ресурсов, запасов и объемов добычи УВ в циркумарктическом регионе, согласно [1] показал, что здесь Россия является мировым лидером по ряду позиций: по началу добычи на суше - с 1969 г. на Мессояхском и с 1972 г. на Медвежьем месторождениях (на 8 и 5 лет раньше, чем на месторождении Prudhoe Bay на Аляске); по объемам накопленной добычи УВ на суше (в 3,5 раза больше, чем на Аляске); по ресурсам и запасам УВ на суше и шельфе (В.И. Богоявленский и др., 2011). В настоящее время морская добыча углеводородного сырья ведется в трех НГБ: Северного склона Аляски (9 месторождений), Западно-Баренцевском (Snohvit) и Южно-Карском (Юрхаровское). За счет разработки Юрхаровского месторождения, основные запасы которого расположены под морским дном (Тазовская губа), с 2005 г. Россия является лидером по объемам добычи УВ на шельфе Арктики, опережая суммарную добычу США и Норвегии (рисунок 2).



Рисунок 2 - Добыча углеводородов на шельфе Арктики

В последние годы значительно увеличилась лицензионная активность крупнейших нефтегазодобывающих компаний на Арктическом шельфе США и Канады. Одна лишь компания Shell в ходе лицензионного конкурса 2008 г. выплатила США бонусы 2,1 млрд долларов за 275 лицензионных участков в Чукотском море, а общие выплаты превысили 2,6 млрд долларов. В 2012 г. компания Shell начала активные буровые исследования на шельфе Аляски. Планировалось пробурить 4 скважины, но непредвиденные обстоятельства остановили бурение через день после начала работ.

В России в 2010-2012 гг. выдан ряд лицензий на большие участки северных акваторий ОАО «НК «Роснефть» (суммарно более 90 тыс. км2 в Баренцевом и Печорском морях и 128 тыс. км2 в Карском море) и ОАО «Газпром» и ОАО «Новатэк» на несколько меньших по площади участков в Обской и Тазовской губах. В 2012 г. ОАО «НК «Роснефть» после приобретения 100 % акций ЗАО «Синтезнефтегаз» и 50 % акций ЗАО «Арктикшельфнефтегаз» фактически стала контролировать Адмиралтейский, Пахтусовский (11,3 тыс. км2) и Медынско-Варандейский (2,8 тыс. км2) участки. Таким образом, ОАО «НК «Роснефть» предстоит проводить комплексные исследования и освоение 232 тыс. км2 высокоперспективных акваторий Арктики, что почти равно площади Великобритании. Изучение и освоение минеральных ресурсов арктических акваторий ограничивается распространением льда Северного Ледовитого океана (СЛО).

2.1 Основные характеристики плавучих средств различного типа

Морские буровые установки оснащаются необходимым оборудованием для транспортировки добытых ресурсов на берег либо с помощью трубопровода, либо плавающего нефтехранилища или грузового танкера. Необходимые для обеспечения процесса нефтегазовой добычи технологические элементы, включают в себя: сепараторы (распределители), производственные коллекторы, гликолевые дегидраторы для осушения природного газа, насосы, предназначенные для нагнетания воды в пласт, газовые компрессоры, измерители экспорта нефти/газа и мощные насосы основной линии добычи.

В Морском праве под морским судном понимается самоходное или несамоходное плавучее сооружение, то есть искусственно созданный человеком объект, предназначенный для постоянного пребывания в море в плавучем состоянии. Для признания того или иного сооружения судном не имеет значения, снабжено ли оно собственным двигателем, находится ли на нем экипаж, перемещается оно или находится преимущественно в стационарном плавучем состоянии (например, плавучий док, дебаркадер). Такое же определение, кроме моря, распространяется и на внутренние водоемы и реки.

Сумдно - плавучее сооружение, предназначенное для транспортных, промысловых, военных, научных, спортивных и других целей. Определение включает в себя как самоходные, так и несамоходные плавучие сооружения.

В соответствии с определением, к судам относятся не только корабли, катера, яхты и несамоходные баржи, но и байдарки, плоты, надувные лодки, водные велосипеды и доски для серфинга, а также плавучие буровые установки, экранопланы, экранолеты, гидросамолеты и любые другие инженерные сооружения, имеющие водонепроницаемый корпус и могущие находиться или перемещаться с определенной целью по воде, под водой или над водой (но опираясь на водную поверхность - суда на воздушной подушке, экранопланы, экранолеты).

Термин «корабль» в отношении плавсредств в русском языке имеет три значения:

крупное морское судно;

военное судно;

трехмачтовое парусное судно с полным парусным вооружением.

Зачастую под кораблем понимают второе значение - «исключительно военное судно, то есть судно в составе ВМФ, несущее военно-морской флаг», ошибочно считая неправильным использование термин «корабль» в отношении гражданских судов. Тем не менее, в соответствии с первым значением термина, его применение в отношении невоенных (гражданских) судов совершенно допустимо, однако следует понимать, что понятие «судно» шире, чем синоним «корабль» - так, и надувная лодка, и плавучий причал являются судами, но кораблем назвать что-либо из них некорректно. Поэтому ряд терминов и произведений, использующих в названии термин «корабль» - «теория корабля», «история корабля», «мореходные качества корабля» и другие - закономерно относятся и к невоенным судам.

По положению относительно поверхности воды суда делятся на:

водоизмещающие;

с динамическими принципами поддержания.

Суда с динамическими принципами поддержания (СДПП) - суда, вес которых при определенной скорости уравновешивается гидродинамическими и/или аэродинамическими силами.

К СДПП относятся:

глиссеры;

суда на подводных крыльях (СПК);

суда на воздушной подушке (СВП);

экранопланы (суда на динамической воздушной подушке);

суда на воздушной каверне.

Водоизмещающее судно - термин теории корабля, обозначающий судно (корабль), для которого все, или бомльшая часть сил поддержания создается за счет выталкивания воды (так называемых Архимедовых сил).

Введен в противоположность неводоизмещающему судну, или судну с динамическим принципом поддержания, для которого большая часть сил поддержания - это динамические силы, возникающие на ходу.

Рисунок 3 - Схема сил тяжести и сил поддержания, действующих на частично погруженное тело (судно)

Водоизмещение судна - количество воды, вытесненной подводной частью корпуса корабля (судна). Масса этого количества воды равна весу всего корабля, независимо от его размера, материала и формы.

Различают объемное и массовое водоизмещение.

По состоянию нагрузки корабля различают стандартное, нормальное, полное, наибольшее, порожнее водоизмещение.

Объемное водоизмещение водоизмещение, равное объему подводной части корабля (судна) до ватерлинии. Массовое водоизмещение водоизмещение, равное массе корабля (судна).

Стандартное водоизмещение (standard displacement) водоизмещение полностью укомплектованного корабля (судна) с экипажем, но без запасов топлива, смазочных материалов и питьевой воды в цистернах.

Нормальное водоизмещение (normal displacement) водоизмещение, равное стандартному водоизмещению плюс половинный запас топлива, смазочных материалов и питьевой воды в цистернах.

Полное водоизмещение (loaded displacement, full load displacement, designated displacement) водоизмещение, равное стандартному водоизмещению плюс полные запасы топлива, смазочных материалов, питьевой воды в цистернах, груза.

Конструктивная ватерлиния (КВЛ) - ватерлиния, принятая за основу построения теоретического чертежа и соответствующая полученному предварительным расчетом полному водоизмещению судна и нормальному водоизмещению корабля.

Грузовая ватерлиния (ГВЛ) - ватерлиния, при плавании судна с полным грузом.

У морских транспортных судов КВЛ и ГВЛ, как правило, совпадают.

Расчетная ватерлиния - ватерлиния, соответствующая осадке судна, для которой определяются его расчетные характеристики.

Действующая ватерлиния - текущая, при данной нагрузке и условиях.

Теоретические ватерлинии - набор сечений через равные расстояния, формирующий один из видов теоретического чертежа: план.

Действующая ватерлиния определяется формой судна, его средней плотностью, а также степенью волнения воды в данном бассейне. Площадь ватерлинии используется для вычисления коэффициента полноты корпуса. Форма площади ватерлинии, точнее ее момент инерции, является фактором, определяющим устойчивость формы. Очевидно, в зависимости от условий нагрузки, крена и дифферента форма площади ватерлинии, а с ней и устойчивость, могут меняться.

Длина по ватерлинии служит характерным линейным размером в определении числа Фруда для водоизмещающих судов, и соответственно, их теоретической скорости

Остомйчивость - способность плавучего средства противостоять внешним силам, вызывающим его крен или дифферент, и возвращаться в состояние равновесия по окончании возмущающего воздействия.

Равновесием считается положение с допустимыми величинами углов крена и дифферента (в частном случае, близкими к нулю). Отклоненное от него плавсредство стремится вернуться к равновесию. То есть остойчивость проявляется только тогда, когда имеется выведение из равновесия.

Остойчивость - одно из важнейших мореходных качеств плавучего средства. Применительно к судам используется уточняющая характеристика остойчивость судна.

Запасом остойчивости называется степень защищенности плавучего средства от опрокидывания.

Рисунок 4 - Рефрижераторное судно Ivory Tirupati - начальная остойчивость отрицательна

Поперечная остойчивость судна характеризуется взаимным расположением центра тяжести G и центра величины (ЦВ) С (рисунок 5).

Если судно накренить па один борт на малый угол (5-10°), ЦВ переместится из точки С в точку С1. Соответственно сила поддержания, действующая перпендикулярно к поверхности, пересечет диаметральную плоскость (ДП) в точке М.

Точка пересечения ДП судна с продолжением направления силы поддержания при крепе называется начальным метацентром М. Расстояние от точки приложения силы поддержания С до начального метацентра называется метацентрическим радиусом.

Расстояние от начального метацентра М до центра тяжести G называется начальной метацентрической высотой h0.

Рисунок 5 - Схема распределения сил и моментов для характеристики остойчивости

Начальная метацентрическая высота характеризует остойчивость при малых наклонениях судна, измеряется в метрах и является критерием начальной остойчивости судна. Как правило, начальная метацентрическая высота мотолодок и катеров считается хорошей, если она больше 0,5 м, для некоторых судов она допустима меньше, но не менее 0,35 м.

Дифферемнт - морской термин, разница осадок судна носом и кормой. Угол дифферента - угол отклонения плоскости мидель-шпангоута от вертикали. Для определения осадки и дифферента в носовой и кормовой частях на обоих бортах наносят марки углубления в дециметрах арабскими цифрами (рисунок 6). Нижние кромки цифр соответствуют той осадке, которую они обозначают. Если осадка кормой больше осадки носом, то судно имеет дифферент на корму и, наоборот, при осадке кормой меньше осадки носом - дифферент на нос.

Дифферент имеет знак минус (отрицательный), если дифферент на корму - то есть осадка носом меньше, чем осадка кормой.

Дифферент имеет знак плюс (положительный), если дифферент на нос - то есть осадка носом больше, чем осадка кормой.

Рисунок 6 - Разметка на носовой части судна для определения дифферента

Дифферент равен нулю, если осадки носом и кормой равны. При осадке носом, равной осадке кормой (когда дифферент равен нулю), говорят: «судно - на ровном киле».

Средняя осадка представляет собой полусумму осадок носа и кормы.

Крен (от фр. carиne - киль, подводная часть корабля или от англ. kren-gen - класть судно на бок) - поворот объекта (судна, самолета, фундамента) вокруг его продольной оси (см. также продольная ось самолета).

Непотопляемостью судна называется его способность держаться на воде, сохраняя свои мореходные (навигационные) качества, несмотря на поступление воды в один или несколько отсеков корпуса судна через борт или через повреждения в обшивке корпуса. Непотопляемость обеспечивается устройствами, не пропускающими в корпус воду, в том числе водонепроницаемой палубой, фальшбортом, ветровым стеклом, ограждениями вокруг кокпитов, комингсов и другими подобными мерами. Непотопляемость в случае повреждений обеспечивается достаточным запасом плавучести, созданным за счет разделения корпуса судна водонепроницаемыми переборками на ряд обособленных отсеков или с помощью других устройств. Например, воздушных ящиков, «плавучестей» - материалов с малым удельным весом (пенопласта и т. д.).

Для измерения на море расстояний между различными пунктами и пути, проходимого кораблем, принята величина, называемая морской милей.

2.2 Буровые суда разведочного бурения

Буровое судно - плавучее сооружение для морского бурения скважин, оборудованное центральной прорезью в корпусе, над которой установлена буровая вышка, и системой для удержания судна над поверхностью скважины. Современные б.с., как правило, самоходные, с неограниченным районом плавания. Водоизмещение буровых судов 6-30 тыс. т, дедвейт 3-8 тыс. т, мощность энергетической установки, обеспечивающей буровые работы, позицирование и ход судна, до 16 МВт, скорость хода до 15 узлов, автономность по запасам 3 мес. На Б.с. применяются успокоители качки, позволяющие вести бурение скважин при волнении моря 5-6 баллов; при большем волнении бурение прекращается, и судно находится в штормовом отстое со смещением от скважины (расстояние 6-8 % от глубины моря) или бурильная колонна отсоединяется от устья скважины.

Буровое судно Валентин Шашин - первое в мире буровое судно ледового класса, которое может бурить поисковые скважины на континентальном шельфе арктических морей.

Буровое судно Валентин Шашин прошло ремонт, модернизацию, установлено современное оборудование и программное обеспечение в результате чего БС теперь может вести работы на глубинах до 1525 м вместо прежних 300 м.

Система динамического позиционирования, установленная на БС Валентин Шашин, позволяет стоять на точке бурения при волнении моря до 6 баллов.

В случае приближения опасности судно может, отстыковав противовыбросовое оборудование от буровой плиты на дне моря, за 3 минуты уйти с точки бурения.

Движение судна осуществляется 2-мя гребными винтами. Также оно снабжено 2-мя кормовыми и 3-мя носовыми подруливающими устройствами. Любой из 7 винтов - регулируемого шага. Лопасти винта с помощью особого механизма способны не только крутиться в общей обойме, но и разворачиваться каждая вокруг своей оси, увеличивая или уменьшая тяговое усилие. Таким образом, судно может удерживаться над заданной точкой с точностью до 10 сантиметров.

Длина судна - 142,4 м, ширина - 24 м, высота борта до главной палубы - 12,65 м, осадка - 7,3 м, водоизмещение - 16 866 тонн, грузоподъемность буровой вышки - 454 тонны, высота буровой вышки - 48,8 м, глубина бурения - 6 500 м, глубина воды при бурении до 1 525 м, скорость - 13 узлов, экипаж - 116 человек.

С 2005 г БС Валентин Шашин находилось в невыгодном для предприятия и страны в целом контракте бербоут-чартера с норвежской компанией.

В 2011 г при содействии правительства РФ возвращено Арктикморнефтегазразведке.

Движение судна осуществляется двумя гребными винтами регулируемого шага, каждый из которых вращается двумя электродвигателями. Судовая энергетическая установка состоит из шести дизель-генераторов с дизелями фирмы «Вяртсиля» типа 16Y22B мощностью 2,14 МВт. Объем автоматизации энергетической установки обеспечивает ее обслуживание на ходу судна одним вахтенным механиком и одним мотористом из ЦПУ, а также безвахтенное обслуживание на стоянке. Котлы оборудованы системами автоматического регулирования горения и питания. Судно снабжено двумя кормовыми и тремя носовыми подруливающими устройствами, которые, так же как и гребные винты, при бурении управляются автоматизированной системой позиционирования.

Наличие на борту современного комплекса электрорадионавигационной аппаратуры повышает безопасность мореплавания и обеспечивает высокую точность определения места судне для выхода на точки бурения скважин.

К коллективным спасательным средствам относятся 2 спасательные моторные шлюпки закрытого типа вместимостью по 50 чел., установленные на шлюпочной палубе, и 2 шлюпки - на палубе юта. На судне имеется 7 надувных спасательных плотов (ПСН-10) вместимостью по 10 чел.

На палубе установлено 2 грузовых крана типа BOS 25/300 и BOS 40/400 грузоподъемностью 25 и 40 т. Краны обеспечивают быструю перегрузку технологических материалов, значительную часть которых составляют трубы для бурения скважин. Три грузовых трюма позволяют загрузить 1350 т бурильных и обсадных труб. Отдельное грузовое помещение предназначено для загрузки сыпучих материалов и химических реактивов в мешках. Для загрузки компонентов бурового раствора предназначены специальные цистерны, расположенные по обоим бортам судна.

Динамическая буровая вышка фирмы «Раума-Репола» установлена в средней части судна. Высота вышки - 48,8 м, грузоподъемность 454 т, талевая оснастка состоит из 12 струн. В комплекте с вышкой поставлено соответствующее буровое оборудование. Четырехскоростная буровая лебедка рассчитана на бурение до глубины 6500 м бурильной трубой диаметром 114 мм, глубина воды при бурении до 1 740 м. Для устранения вертикального перемещения бурильной колонны установлен компенсатор вертикальных колебаний. Весь процесс бурения механизирован.

Судно оборудовано автоматическими устройствами, системами и механизмами по предотвращению загрязнения моря согласно рекомендации конвенции МАРПОЛ-73. На судне установлен водолазный комплекс фирмы «Комекс» 5А 1000 MNG, обеспечивающий работу четырех водолазов на глубине до 300 м. С водолазами поддерживается телефонная и телевизионная связь. Подводная телевизионная система позволяет осуществлять все подводные операции под визуальным наблюдением. Широкий диапазон подводнотехнических работ будет осуществляться при использовании комплекта оборудования для подводной сварки и резки.

Для смены обслуживающего персонала буровой вышки и экипажа судна с помощью вертолета есть комплекс авиационно-технических средств. Конструкция взлетно-посадочной площадки обеспечивает техническое обслуживание вертолетов. Взлеты и посадки вертолетов обеспечиваются в любое время суток благодаря светотехническому оборудованию, средствам гидрометеорологического обеспечения, системе радиолокации, аппаратуре связи, пульту наблюдения и управления взлетно-посадочными операциями.

Таблица 1 - Основные характеристики бурового судна «Валентин Шашин»

Длина наибольшая	149,4 м
Длина между перпендикулярами	136,8 м
Ширина	24,0 м
Высота борта	12,6 м
Осадка (летняя) в полном грузу	7,30 м
Дедвейт при осадке 7,30 м	6990 т
Водоизмещение в полном грузу	16810 т
Скорость	13 уз
Экипаж и производственный персонал	100 чел.

Рисунок 7 - Буровое судно «Валентин Шашин»

На сегодняшний день, судно успешно прошло ходовые испытания, которые предназначались для того, что отработать задачи по системе динамического позиционирования для бурения скважин на морских акваториях. Такая система, установленная на данном судне, позволяет ей стоять на точке бурения при волнении моря до шести баллов, а в случае приближения опасности, судно может отстыковать противовыбросовое оборудование от буровой плиты на дне моря и за короткое время уйти с точки бурения.

2.3 Основные типы буровых платформ для эксплуатационного бурения

Обобщенные параметры разведочных скважин, требования качества, высоких скоростей и экономической эффективности бурения в сложных условиях моря позволяют сформулировать комплекс критериев, по которым следует оценивать типы буровых оснований с целью выбора наиболее рациональных.

Основными критериями эффективности этого комплекса являются мобильность основания, безопасность работы бурового персонала, соблюдение экологических требований, качество выполнения работ, коэффициент использования рабочего времени, техническая и экономическая эффективность. нефть эксплуатационный бурение акватория

Эти критерии перечислены в порядке их важности и практической целесообразности рассмотрения при выборе рационального типа основания.

Если после оценки типов оснований по очередному критерию в качестве рационального остается один тип, то оценивать нерациональные типы оснований по остальным критериям не имеет смысла.

По оставшимся критериям выбранный тип основания можно оценивать с точки зрения его рациональных конструктивных и архитектурных форм, размерений, различной оснащенности оборудованием и т.п., что важно на стадии проектирования основания для работы в конкретных условиях моря.

Таков общий подход к выбору рационального типа бурового основания. В соответствии с ним ниже выполнена оценка известных типов оснований по основополагающим критериям.

Стационарные основания рассчитаны на продолжительный период работы в одной точке, используются для бурения ограниченного числа скважин, требуют больших затрат времени и средств для их сооружения и применяются для бурения глубоких, в основном эксплуатационных скважин на нефть и газ на глубинах моря до 60 м. Использование их для бурения сравнительно неглубоких разведочных скважин экономически неэффективно.

Тип и конструкция морской буровой установки должны гарантировать безопасность пребывания на ней людей, выполняющих буровые и технологические работы в любое время суток при максимально возможных в данном районе моря ветровых, волновых и технологических нагрузках.

В принципе этому требованию могут удовлетворять все передвижные МБУ, за исключением смонтированных на несамоходных судах и понтонах.

Основания полупогружные и опирающиеся на дно используются преимущественно для бурения глубоких разведочных и эксплуатационных нефтегазовых скважин.

Эти основания рассчитаны на круглосуточную работу людей на них в любую, в том числе штормовую, погоду. Они оснащены вертолетными площадками, что позволяет снимать людей с установки в аварийных ситуациях при помощи вертолетов. Такие основания часто называют полустационарными.

Они громоздкие, дорогостоящие, и их применение для бурения разведочных скважин неэкономично.

Легкие основания аналогичных конструкций, понтоны на выдвижных опорах, МБУ типа «Медуза» или «Skate-600» не позволяют монтировать на них вертолетные площадки.

Поэтому эти установки, а также несамоходные суда можно использовать для бурения разведочных скважин только в закрытых и полузакрытых бухтах при волнении моря до 3 баллов и только в светлое время суток.

Иногда для завершения бурения и ликвидации скважины требуется всего 1-2 ч работы.

Но из-за наступления темноты или опасности усиления волнения моря люди вынуждены покинуть установку.

В соответствии с требованиями техники безопасности при волнении моря в 3 балла, плохой видимости из-за тумана или окончания светового дня буровые работы с несамоходной МБУ прекращают, оборудование крепят по-штормовому и всех людей с установки переводят на самоходное судно.

А так как судно и МБУ перемещаются на волне независимо друг от друга, порывисто и непредсказуемо, то при волнении моря свыше 3 баллов их швартовка друг к другу и перемещение людей с МБУ на судно опасны как для целостности плавсредств, так и для жизни людей. Эта опасность усиливается в условиях плохой видимости.

Средняя повторяемость возникновения волн силой более 3 баллов, вынуждающих прекращать бурение, составляет по шельфам морей, омывающих берега России, около 0,4.

Дополнительно увеличивает время простоев несамоходной МБУ и затраты на бурение скважин плохая видимость (ночь, туманы и пр.).

Таким образом, цикл бурения многих скважин с несамоходных МБУ включает два процесса: непосредственно бурение и выполнение необходимых технологических работ при благоприятных метеорологических и гидродинамических условиях; отстой МБУ в периоды плохой видимости и ожидания снижения волнения до 2-3 баллов.

Поэтому несамоходные МБУ не обеспечивают выполнения общеизвестного в бурении правила: скважину от начала до конца желательно бурить беспрерывно.

Длительные перерывы в процессе бурения скважины приводят к осложнениям: происходит адгезия пород, контактирующих с погружаемыми в целик обсадными трубами, и после отстоя значительно труднее производить их погружение; породы интервалов стенок скважины, не закрепленных трубами, набухают, обваливаются, скважина заплывает породами или зашламовывается.

Поэтому после отстоя в течение нескольких часов много времени уходит на восстановление как скважины, так и рациональных режимов ее бурения.

Частое, непредсказуемое во времени изменение гидрометеорологических условий моря, необходимость каждый вечер снимать людей с МБУ и каждое утро высаживать их на нее, а также буксировать МБУ с одной точки бурения на другую убеждают, что при несамоходной МБУ в процессе бурения должно находиться самоходное судно.

Его содержание дополнительно увеличивает материальные затраты на бурение.

Работа людей на несамоходной МБУ допускается только в светлое время суток. В летние месяцы года светлое время суток составляет 15-16 ч.

Поэтому в АО «Дальморгеология» предпринимались попытки организовать бурение с несамоходных ПБУ в летние месяцы в две смены.

Эти попытки оказались организационно и экономически неэффективными, так как непредсказуемость гидрометеорологических условий моря во времени приводила к простоям не одной, а двух смен.

В результате более экономичной признана работа ПБУ в одну смену продолжительностью ежедневно по 12 ч.

При этом члены буровой смены уже через 6-7 ч трудной работы на ПБУ устают, и производительность труда падает.

Несамоходные буровые установки характеризуются очень низким коэффициентом использования, значение которого в большой степени зависит от условий моря.

На безледовых акваториях эти установки начинают работать с конца весны и заканчивают в начале осени.

Здесь сезон их работы достигает 6-7 мес. в году. Остальное время они простаивают из-за неблагоприятных для работы метеорологических и штормовых условий.

Работать в ледовой обстановке несамоходные установки вообще не могут, так как не в состоянии ни противостоять дрейфующим льдам, ни уйти от них.

Поэтому применение несамоходных плавучих буровых установок на акваториях, например, Охотского моря ограничено даже в теплые годы 2-3 месяцами в году, а использование их на шельфе арктических морей вообще недопустимо.

Изложенное убеждает в том, что для бурения разведочных скважин создание подобных оригинальных установок (типа «Медуза», «Скат-600», «Флип», «Поп» и др.), немобильных и не гарантирующих безопасность персонала, нецелесообразно. Заложенные в них принципы позволяют повысить остойчивость установок и эффективно используются в конструкциях громоздких и массивных полупогружных МБУ, оснащенных вертолетными площадками и предназначенных для бурения глубоких нефтяных и газовых скважин.

Безопасность людей обеспечивается при работе с МБУ, смонтированными на самоходных судах. На них созданы условия для работы, отдыха, питания и проживания бурового персонала. Поэтому при наступлении темноты или усилении волнения моря людей с самоходных установок не снимают, и они могут круглосуточно вести бурение и контролировать состояние скважины или прекращать работы на время шторма только после завершения бурения и ликвидации скважины.

МБУ на самоходных судах являются автономными и, в отличие от передвижных несамоходных установок, способны работать и переходить с одной точки бурения на другую без вспомогательных плавсредств.

Самоходные суда позволяют располагать на них любые современные станки и механизмы для вращательного бурения, в том числе силовые вертлюги и шлангокабельные установки.

В связи с этим с самоходных судов можно бурить скважины любых требуемых параметров в породах различной крепости. Это подтверждает не только зарубежный, но и многолетний отечественный опыт бурения скважин со специально построенных для этих целей самоходных судов.

Комфортные и безопасные условия пребывания людей на самоходных судах позволяют увеличить продолжительность бурового сезона (начинать в более ранние весенние месяцы и заканчивать в более поздние осенние) и работать даже в ледовой обстановке. В осенние и зимние месяцы, когда на морях часто бывают неблагоприятные для бурения метеорологические и штормовые условия, самоходные буровые суда могут использоваться для выполнения геолого-разведочных работ, предъявляющих менее жесткие требования к стабилизации и устойчивости судна: отбора проб донных отложений породоотборниками, буксировки сейсмокос, магнитометров и другой аппаратуры.

Следовательно, при правильной организации геологоразведочных работ на море самоходные суда могут использоваться почти круглогодично, чередуя бурение, пробоотбор, геофизические исследования, транспортировку грузов и т.п. в зависимости от времени года и гидрометеорологических условий моря. Такие суда правильнее называть не буровыми, а геолого-разведочными.

Некоторые зарубежные разведочные организации, например фирма Dome Petroleum, наиболее подходящим основанием для бурения скважин на начальных этапах разведки месторождений нефти и газа тоже признают буровые суда. И это при том, что глубины нефтегазоразведочных скважин в десятки раз больше глубин разведочных на твердые полезные ископаемые.

Из подводных буровых установок наиболее полно отвечают требованиям безопасности обслуживающего персонала дистанционно управляемые ПБА или ПБС. Они работают по командам операторов, находящихся на обслуживающем судне, поэтому безопасность операторов здесь такая же высокая, как и при бурении с самоходных судов.

ПБА по сравнению с МБУ на самоходных судах имеют ряд преимуществ: независимость процесса бурения от условий на поверхности воды (волнение моря, метеорологическая обстановка и т.п.); принципиальная возможность бурения на любых глубинах моря. К недостаткам ПБА относятся резкий рост массы агрегата с увеличением диаметра и глубины скважины, сложность конструкции большинства из них, ненадежность работы сложной и дорогостоящей контрольной и командной электронной аппаратуры в агрессивной морской воде и, как следствие, высокая стоимость и отсутствие надежно работающих в течение продолжительного времени подводных, дистанционно управляемых станков для бурения разведочных скважин требуемых параметров.

Преодоление этих недостатков - задача трудная, но решаемая.

Это подтверждает накопленный мировой опыт разработки и эксплуатации подводных буровых станков.

Таким образом, мобильность морских буровых оснований и установок и безопасность пребывания на них людей являются главными критериями при выборе рациональных их типов для бурения разведочных скважин на море.

Оценка существующих морских буровых оснований и установок приводит к выводу, что наиболее полно этим двум критериям отвечают два типа буровых установок: смонтированные на самоходных судах и подводные, дистанционно управляемые агрегаты.

Типы МБУ на самоходных судах и дистанционно управляемые ПБА логично оценивать по остальным критериям эффективности. Их оценка имеет смысл при возможности бурения установкой на судне и ПБА скважин одинаковых назначений и параметров в одинаковых районах. В этой связи представляется неправомерным выполненное специалистами ВИТР сравнение по экономической эффективности бурения скважин ПБА и с судна «Бавенит» в пользу применения ПБА. Возможности ПБА еще долго будут ограничиваться глубинами бурения по породам до 30 м, судно же «Бавенит» предназначено для бурения скважин номинальной глубиной 200 м по породам.

МБУ, смонтированные на самоходных судах, позволяют бурить разведочные скважины любых требуемых параметров на акваториях с различными условиями.

Экономический анализ бурения с самоходных судов показывает, что их применение обеспечивает:

значительную экономию средств в структурно-поисковом и глубоком разведочном бурении на глубинах моря 40-60 м;

на больших глубинах другого экономичного способа бурения таких скважин практически вообще не существует;

окупаемость затрат на сооружение бурового судна в структурном бурении ориентировочно в течение 3 лет, в глубоком разведочном бурении - 5 лет.

Бурение дистанционно управляемыми ПБА до настоящего времени ограничено преимущественно диаметрами скважин до 0,092 м, глубиной до 30 м по породам.

Бурить скважины таких и близких к ним параметров, особенно на глубинах акваторий более 100 м, в перспективе (с появлением надежных конструкций ПБА) может оказаться эффективнее с использованием ПБА, чем МБУ на самоходном судне.

Предпочтение здесь имеют ПБА с кассетированием керноприемников на платформе агрегата. Это обусловлено сокращением затрат времени на выполнение вспомогательных работ за счет исключения процессов транспортирования керноприемников в каждом рейсе на судно и обратно. Эффективность бурения таких ПБА по сравнению с МБУ на самоходных судах по этим затратам существенно возрастает с увеличением глубины разведываемых акваторий.

Наибольшую перспективу имеет применение дистанционно управляемых ПБА при проведении глубоководных исследований, в частности разведке полиметаллических сульфидных руд.

Обусловлено это также качеством получаемой геологической информации.

Рудопроявления массивных полиметаллических сульфидов приурочены к поверхностным горизонтам океанического дна. Однако известные технологии забуривания скважин с судов на акваториях с глубинами в несколько тысяч метров, как правило, не предусматривают возможности отбора керна из поверхностных горизонтов дна.

Попытки бурения сульфидов с борта судна «Джоидес Резолюшн» в 1985 г. показали трудность отбора полноценных образцов керна вследствие их разрушения, вероятно, из-за вибрации длинного бурового снаряда.

Для повышения конкурентоспособности ПБА с МБУ на самоходных судах необходимо увеличить возможные глубины эффективного бурения по породам ПБА с кассетированием керноприемников.

Важным препятствием на пути увеличения глубин бурения скважин по породам кассетными ПБА является возрастание их габаритов и массы. В связи с этим представляется целесообразным осуществлять отбор керна не по всей скважине, а с отдельных ее интервалов, обоснованных геологами.

Так как требования к отбору керна при бурении скважин различных назначений не одинаковы, имеет смысл создавать ПБА различных конструктивных исполнений, а не универсальные.

Например, для инженерно-геологических исследований морского дна необходимы ПБА с возможностью пенетрационного каротажа и отбора керна (монолитов) длиной по 0,2-0,3 м только с отдельных интервалов скважины вращательным способом. Следовательно, для бурения на море инженерно-геологических скважин глубиной до 30 м по породам приемлемы ПБА с 1 0 кассетами длиной 0,5 м каждая.

В зависимости от конкретных условий участка моря, на котором необходимо бурить скважины, более рациональными могут оказаться другие технические решения.

Например, при бурении единичных скважин в волноприбойной зоне или зоне осушки приливно-отливных акваторий более простым и надежным может оказаться использование станков, смонтированных на буровой вышке с балластными камерами или без них; в зимние месяцы года бурение на шельфе арктических морей целесообразно осуществлять с ледяного припая и ледовых полей. Преимущество этих решений заключается в существенном уменьшении капитальных затрат на строительство бурового основания, а также в том, что они позволяют с успехом применять для бурения наземные буровые станки и технологии.

Однако объемы бурения в таких условиях незначительны. Поэтому и в этих случаях экономически выгодно задействовать буровое судно, используя его в качестве вспомогательного для жилья, питания и отдыха бурового персонала, обеспечения бурового станка электроэнергией, горюче-смазочными материалами, технологическим оборудованием и инструментами, выполнения грузомонтажных и спасательных работ и т.д. Подавляющее большинство разведочных скважин необходимо бурить на сравнительно открытых акваториях шельфа, и здесь следует ориентироваться на буровые установки, смонтированные на самоходных судах, и на дистанционно управляемые подводные буровые агрегаты. Общая характеристика и классификация морских стационарных платформ представлена на рисунке 8. На рисунке 9 показаны основные типы судов (платформы, буровые суда, буровые установки в различном исполнении).

Рисунок 8 - Классификация морских стационарных платформ



1, 2 - Погружные буровые установки (БУ), глубины до 450 м; 3 - Самоподъемная БУ (СПБУ), глубины 450-900 м; 4 - Полупогружная БУ (ППБУ) с основанием TLP, глубины 150-1050 м; 5 - ППБУ с основанием SPAR, глубины 600-3000 м; 6 - ППБУ с якорной системой, глубины 450-1800 м; 7 - ППБУ с натяжными связями TLP, глубины 450-2100 м; 8 - Судно FPS0 (плавучая система нефтедобычи, хранения и выгрузки); 9 - Подводное ПВО , глубины до 2100 м.

Рисунок 9 - Основные типы судов для обеспечения нефтегазодобычи на морских месторождениях

Буровая баржа - вид морской буровой установки используемой на первом этапе разработки месторождения, для бурения скважин в основном на мелководных и защищенных участках.

Область применения - внутриконтинентальные месторождения устья рек, озера, болота, каналы и на небольшой глубине (как правило от 2 до 5 метров). Буровые баржи, обычно - несамоходные, и поэтому не в состоянии проводить работы в ситуации открытого моря.

Внешний вид буровой баржи представлен на рисунке 10.



Рисунок 10 - Внешний вид буровой баржи на морском месторождении

Самоподъемная плавучая буровая установка по способу перемещения, видам работ, форме корпуса и структуре производственной платформы напоминает буровую баржу, и иногда является модернизированной буровой баржей. В конструкцию включены три, четыре или пять опор с башмаками, опускаемых и задавливаемых в дно на время осуществления буровых работ.

При этом также может производится заякоривание буровой установки, но стояние на опорах является более безопасным режимом эксплуатации, так как в этом случае корпус не касается поверхности воды.

Глубина воды на которой может работать самоподъемная буровая платформа ограничена, как правило, длиной опор и не превышает 150 метров. Типовая самоподъемная плавучая буровая установка показана на рисунке 11.



Рисунок 11 - Типовая самоподъемная плавучая буровая установка

Рисунок 12 - Погружная буровая установка

Погружная буровая установка представляет из себя платформу с двумя, помещенными друг на друга, корпусами. В верхнем корпусе располагаются жилые помещения для экипажа, как и на обычной буровой платформе. Нижняя часть - заполняется воздухом (чем обеспечивает плавучесть) при перемещении, а после прихода на место назначения, воздух выпускается из нижнего корпуса, и буровая платформа погружается на дно. Преимуществом погружных установок является высокая мобильность, однако при этом глубина выполнения буровых работ - невелика и не превышает 25 метров. Внешний вид установки данного типа представлен на рисунке 12.

Полупогружная буровая установка это наиболее распространенный тип морских буровых установок, сочетает в себе преимущества погружных конструкций и способность проводить буровые работы на глубине более 1500 метров. Конструкция полупогружной установки включает опоры, которые обеспечивают плавучесть платформы и обеспечивают большой вес для сохранения вертикального положения. Полупогружная буровая установка представлена на рисунке 13. В процессе передвижения полупогружная морская буровая установка происходит закачивание и выкачивание воздуха из нижнего корпуса (когда выпускается воздух полупогружная установка притапливается лишь частично, не достигая при этом морского дна и остается на плаву). В процессе буровых работ осуществляется заполнение нижнего корпуса водой, в результате чего достигается необходимая устойчивость. Укрепление тяжелыми 10-тонными якорями, дает гарантии безопасности при эксплуатации платформы в бурных морских водах. При необходимости удерживать установку на одном месте также применяется активное рулевое управление.

Рисунок 13 - Полупогружная буровая установка

2.4 Морские ледостойкие стационарные платформы

Первое существенное изменение конструкции морских платформ произошло в 60-х годах при проектировании сооружений, предназначенных для эксплуатации в заливе Кука у Аляски. Обширные движущиеся ледовые поля могут ударяться о сооружение и оказывать на него нагрузки большие, чем штормовые ветер, волны и течение. В конструкциях сооружений, предназначенных для этого района, удалены диагональные и горизонтальные связи в зоне, соответствующей приливным изменениям горизонта воды, а также там, где они могут быть разрушены плавающим льдом. Верхнее строение у таких сооружений опирается на четыре колонны большого диаметра. Внутри каждой колонны по периметру забито несколько свай. Такие конструкции МСП башенного типа получили название ледостойких. Одно из таких сооружений в период его эксплуатации имеет следующие параметры. Колонны опорного основания имеют диаметр 4,6 м и высоту 42 м, через каждую из них в грунт на глубину до 27 м забито по восемь свай диаметром 0,75 м.

Рассчитанные в основном на восприятие ледовых воздействий, эти сооружения устанавливают так же, как обычные. Опорное основание собирают на береговой площадке, буксируют к месту эксплуатации, устанавливают в вертикальном положении и закрепляют с помощью свай, забиваемых через колонны.

Благодаря большому диаметру колонн, опорное основание обладает достаточной плавучестью, что позволяет обойтись без специальных барж для транспортировки.

Ниже в качестве примера приведено краткое описание платформы «Доллы Уорден», установленной в заливе Кука. Платформа разработана для бурения куста скважин из 32-48 скважин двумя буровыми установками и рассчитана на следующие параметры:

Скорость, м/с:

максимальная непрерывно продолжающаяся ………27

порывистого ветра ………………………………………36

морских течений …………………………………………3,05

Толщина ледяного покрова, м ………………………………1,8

Температура, °С:

окружающего воздуха ……………………………………40

подводной среды ……………………………………………7

Максимальное колебание отливов и приливов, м ………10,7

Максимальная масса айсбергов, т …………………………40

Квадратный корпус платформы расположен на высоте 54,6 м от морского дна. Масса корпуса 500 т. Корпус опирается на четыре цилиндрические опоры диаметром 5,2 м. Расстояние между центрами опор 24,4 м. Опоры изготовлены из хладостойкого стального листа толщиной 19-51 м. Более толстая часть листа опор расположена в месте контакта лед - воздух на длине периодической смачиваемости. Внутри опорные колонны усилены внутренней трубой диаметром 2,75 м и рядом горизонтальных диафрагм и вертикальных ребер жесткости по всей длине колонны. Вверху колонны соединены четырьмя горизонтальными поясами, изготовленными из хладостойкого стального листа толщиной 19-25 мм. Пояса внутри усилены кольцевыми диафрагмами и продольными ребрами жесткости и служат опорой палубы платформы. Внутри поясов размещены отсеки для хранения питьевой и технической воды, топлива и стоков жидкости.

...