Что общего между полупогружными и tlp платформами
Платформы типа TLP и в виде мачты с оттяжками
Плавучие буровые установки на натянутых связях, тип которых получил в англоязычной литературе аббревиатуру TLP (Tension Legs Platform), являются разновидностью ППБУ.
Очевидно, что для уменьшения массы стационарной платформы её необходимо было «оторвать» от морского дна и придать ей плавучесть; при этом необходимо было обеспечить её удержание над местом добычи. Кроме этого, как и любой плавучий объект, платформа стала подвержена опрокидыванию, качке и горизонтальному сдвигу.
Корпус установок такого типа испытывает в основном вертикальные усилия, что приводит к отказу от распорок и раскосов между стабилизирующими колоннами (рис. 13). Такая форма корпуса позволяет эффективно использовать в качестве основного материала железобетон. Буровые установки на натянутых связях целесообразно использовать на глубинах 200 — 300 м для бурения эксплуатационных скважин и для освоения мелких месторождений, где стационарные и плавучие установки других типов невыгодны. Рассматриваемый тип ПБУ может быть классифицирован по следующим признакам: по количеству стабилизирующих колонн; по форме корпуса; по типу якоря или якорей; по типу якорных канатов; по схеме работы якорных канатов.
Количество стабилизирующих колонн колеблется в пределах от 3 до 8. Длина стабилизирующих колонн, составляющая большую часть высоты борта, зависит от объема водоизмещающего корпуса.
Рис. 12. Установки типа TLP.
Рис. 13. Установки с натянутыми связями с прямоугольным водоизмещающим корпусом.
Форма водоизмещающего корпуса представляет собой, как правило, равносторонний многоугольник или окружность (рис. 13). В углах многоугольника располагаются узлы крепления стабилизирующих колонн. Такой симметричный относительно вертикальной оси способ организации корпуса способствует равномерному натяжению якорных канатов.
Якорь для буровых установок с натянутыми связями должен надежно противостоять вертикальным усилиям в тысячи тонн. Возможны два способа потсановки якорей платформы TLP. Первый способ — донный якорь или массив, который в рабочем состоянии забалластирован забортной водой, а в транспортном режиме продувается и подтягивается к корпусу установки на якорных канатах. Второй способ — точная расстановка судами обеспечения нескольких якорей-массивов, аналогичных показанному на рис.14.
Рис. 14. Якорь-массив установки с натянутыми связями
В качестве якорных канатов кроме обычных стальных тросов могут применяться гирлянды стальных труб.
Первая TLP была принята в эксплуатацию в 1983 г.
Дальнейшая борьба за уменьшение вертикальной качки привела к появлению еще одной оригинальной конструкции. В 1998 г. была введена в эксплуатацию TLP с одноколонной опорной частью, состоящей из одной колонны и радиально отходящих от нее водоизмещающих понтонов (рис. 16).
Рис. 16. Одноколонная TLP
В 90-х годах XX века появился еще один принципиально новый тип заякоренных платформ. Установка, получившая обозначение SPAR, предназначается для использования на глубинах более 300 м. Ее главной отличительной чертой является оригинальная форма опорной части, представляющая собой вертикально плавающую колонну длиной более 200 м. Подобная компоновочная схема обусловлена стремлением снизить предварительное натяжение якорных связей до величины не более 15 % водоизмещения, чтобы высвободить больший процент водоизмещения на компенсацию веса верхних строений. В этих условиях необходимые параметры остойчивости и вертикальной качки, как в случае с ППБУ, обеспечиваются за счет формы и конструкции опорной части. Минимизация площади ватерлинии, необходимая для уменьшения вертикальных перемещений, реализуется за счет перехода к одноколонной опорной части. Кроме того, уменьшению вертикальной качки служит большая осадка, способствующая увеличению инерционной силы.
Решение проблемы обеспечения остойчивости пошло по еще более радикальному пути: к блоку водонепроницаемых объемов, включающих в себя балластные цистерны и отсеки плавучести снизу на проницаемой ферменной конструкции был подвешен блок с твёрдым балластом. (рис. 17)
Рис. 17. Платформа типа SPAR
При наклонении у SPAR в отличие от TLP допускается провисание связей со стороны вошедшего в воду борта, так как якорная система удержания не играет решающей роли в обеспечении остойчивости.
Первая платформа этого типа была введена в эксплуатацию в 1996 г в рамках проекта «Oryx».
Как показала практика, одноколонная форма SPAR в сочетании с небольшим натяжением якорных связей менее эффективна для уменьшения вертикальной качки, чем туго натянутые связи TLP. Кроме того, большая осадка опорной части определяет минимальную глубину для их применения не менее 300 м. Вместе с тем нужно учесть, что концепция SPAR появилась недавно и еще не исчерпала свой потенциал.
Дата добавления: 2015-06-17 ; просмотров: 3967 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Полупогружная нефтяная буровая платформа
Полупогружная нефтяная буровая платформа — вид буровой установки, используемой при разведке и добыче нефти в открытом море.
Необходимость бурения на глубинах моря, превышающих возможности оснований гравитационного типа, привела к созданию в начале 1960 х гг. полупогружных буровых установок (ППБУ)
Применяют при глубинах бурения до 10,000 метров и глубине моря до 3,000 метров.
Размещаются над местом бурения на понтонах.
Полупогружная нефтяная буровая платформа не может перемещаться, так как удерживается якорями массой около 15 тонн.
Однако поддержание постоянной нагрузки на плавучей конструкции является трудной и дорогой операцией.
Поэтому на некоторых платформах, например Deepwater Horizon, используется компьютерная система динамического позиционирования, которая с помощью мощных подводных двигателей постоянно удерживает ППБУ на определенном месте, с точностью до нескольких метров.
ППБП применяют в разведочном бурении на морских нефтяных и газовых структурах и месторождениях в акваториях с глубин 90-100 м, когда использование СПБУ становится экономически не оправданным, до глубин 200-300 м и более.
ППБП состоят из верхнего корпуса, стабилизирующих колонн и нижних понтонов.
Понтоны и корпус соединены между собой и с колоннами прочными трубчатыми связями.
Рабочая (верхняя) палуба обычно представляет собой конструкцию 3-, 4-, 5- и более угольной формы, на которой размещены 2- и 3-ярусные водонепроницаемые надстройки для размещения экипажа, а также энергетические и технологические блоки, складские помещения и другое оборудование.
Стабилизирующие колонны ППБП разделены на водонепроницаемые отсеки, в которых размещены склады материалов, насосные отделения, цепные ящики и другое оборудование.
Отсеки стабилизирующих колонн размещаются в районе ватерлинии, иногда заполняются полиуретановой пеной или пенопластом.
В нижних понтонах и стабилизирующих колоннах размещены v цистерны балластной и технической воды, топлива, масла и др.
Сейчас много говорится о поколениях ППБП, но точной классификации нет.
Приводим приблизительную классификацию поколений ППБП:
Основное отличие 6 и 7 поколения в операционной системе управления буровыми установками.
Существует 3 способа транспортировки ППБУ: с помощью буксиров, самоходный, комбинированный (буксировка в сочетании с самоходным).
Разработка подводных месторождений нефти (дополнение к теме «Добыча нефти»), часть 2.
SPAR-платформы [Spar Platforms]
Способ укрепления SPAR-платформ на морском дне очень похож на систему заякоревания платформ типа TLP, но без использования жестких негнущихся тросов. Первая SPAR-платформа Neptune со сплошным цилиндрическим основанием, размерами 231 метр в длину и 21 метр в диаметре, была установлена в Мексиканском заливе в сентябре 1996 года на глубине 580 метров. На сегодняшний день разработано три варианта конфигурации цилиндрического основания (рис. 15):
— традиционный – корпус, состоящий из одного сплошного цилиндра;
— связка цилиндров, где центральная секция – это элемент, соединяющий верхний жесткий плавучий корпус с нижним мягким резервуаром, содержащим постоянный балласт;
— ячеистое основание, корпус которого собран из отдельных цилиндрических элементов.
Цилиндрическое основание более экономично при установке небольших и средних по размеру буровых установок, чем основание типа TLP. Из-за большого обеспечиваемого противовеса SPAR-основание имеет гораздо более высокую стабильность. Таким образом, отсутствует необходимость поддержки системы крепления к морскому дну в постоянном жестком вертикальном состоянии. Более того, с помощью системы цепных лебедок SPAR-платформа способна горизонтально перемещаться над территорией месторождения. Это одно из лучших технических решений для морской добычи на больших глубинах, его развитие и модернизация продолжаются. Пока еще в отношении платформ этого типа употребляются термины «первая в мире».
Обратимся к примеру первой и пока единственной в мире платформы с ячеистым цилиндрическим основанием [cell spar floating production facility] – Red Hawk, созданной компанией Kerr-McGee (рис. 16) и установленной в одном из наиболее «густонаселенных» платформами регионов – в Мексиканском заливе, на глубине 1600 метров. Примерный объем ресурса месторождения составляет около 75 миллиардов кубометров природного газа.
Передвижные оффшорные буровые установки [Moveable Offshore Drilling Rigs]
Вторая большая группа оффшорных буровых установок делится на постоянно перемещающиеся и те, перемещение которых связано только с необходимостью разработки очередного месторождения. В целом, эти конструкции являются сравнительно более дешевыми.
Буровая баржа [Drilling Barges]
Установка обеспечивает, в основном, первый этап разработки месторождения – бурение скважин. Используется, главным образом, на месторождениях, расположенных внутри континента – в устьях рек, озерах, болотах, каналах и на мелководье. Буровые баржи не имеют собственного хода и не в состоянии противостоять сильному движению воды в ситуации открытого моря. Буксируются с места на место специальным судном.
Самоподъемная платформа типа Jack [Jack-Up Rigs]
Такое техническое решение не исключает заякоривания установки, но позволяет производственной рабочей платформе находиться над поверхностью воды, не касаясь ее, что является более безопасным положением. Переделанные баржи Jack-up являются наиболее редко используемыми среди передвижных установок; очевидное ограничение для проведения работ – это глубина воды, которая не должна превышать 150 метров. В качестве примера самоподъемной установки рассмотрим платформу месторождения Siri. Нефтедобывающий центр Siri, разрабатываемый компанией Statoil, располагается в северо-западной части датского сектора Северного моря, приблизительно в 220 км от берега. Трехопорная самоподъемная платформа [three legged jack-up standing] весом 10 000 тонн установлена на глубине 60 метров на стальном подводном нефтехранилище [steel subsea storage tank] объемом в 50 000 куб. м и оснащена добывающим технологическим оборудованием и жилым модулем [living quarters] (рис. 19).
Погружная буровая установка [Submersible rig]
Полупогружная буровая установка [Semisubmersible rig]
Распространенный общий тип оффшорных буровых установок, сочетающий преимущества погружных конструкций со способностью проводить буровые работы на глубине более чем 1500 метров. Имеют опоры, обеспечивающие плавучесть платформы, а также большой вес для того, чтобы оставаться в вертикальном положении. При передвижении полупогружная установка использует тот же принцип, что и предыдущий рассмотренный тип конструкций, с помощью закачивания и выкачивания воздуха из нижнего корпуса. Основное различие состоит в том, что при выпускании воздуха полупогружная установка притапливается частично, не достигая морского дна, остается на плаву. Устойчивость, достигаемая заполнением нижнего корпуса водой во время буровых работ, а также укреплением тяжелыми 10-тонными якорями, гарантирует безопасность эксплуатации платформы в бурных морских водах. При необходимости ее также можно удерживать на одном месте с помощью активного рулевого управления.
В качестве примера такой конструкции рассмотрим уникальную добывающую платформу Na Kika, принадлежащую компании Shell. Она устойчиво заякорена на комплексе месторождений примерно в 260 километрах к юго-востоку от Нового Орлеана. Скважины пяти независимых нефтяных месторождений разного размера на глубинах 1740-2100 метров – Kepler, Ariel, Fourier, Herschel и E. Anstey и газового месторождения Coulomb присоединены к центральной полупогруженной платформе Na Kika, а также связаны между собой (рис. 20, 21).
Буровое судно [Drillship]
Буровые суда не требуют буксировки к месту работ, разработаны специально для бурения глубоководных скважин, хотя обладают меньшей устойчивостью, чем полупогружные платформы. В составе оснащения имеют весь набор оборудования обычного крупного океанского судна. Активное управление кораблем, основанное главным образом на GPS устройствах, предоставляет возможность проводить буровые операции [drilling operations] непосредственно с корабля только в пределах площади, на которой его перемещения не будут мешать процессу бурения. Нижний корпус судна оборудован электрическими двигателями, обеспечивающими движение судна в любом направлении. Якорная система, позволяет судну, оборудованному производственной, хранилищной и отгрузочной площадками, вращаться вокруг вертикальной оси, для того, чтобы, при наличии ветра, его воздействию была подвержена минимальная площадь. Буровая шахта [moonpool] проходит сквозь корпус судна, расширяясь к низу; буровые колонны [drill string] уходят от нее в глубину. Техническое оборудование и силовые установки расположены на палубе, а добытая и очищенная нефть до того, как ее загружают в челночные грузовые танкеры, хранится в резервуарах корпуса.
Рассмотрим структуру такой установки на примере бурового судна Terra Nova (рис. 22), участвующего в разработке одноименного месторождения, открытого компанией Petro-Canada в 35 километрах от Hibernia, близ острова Ньюфаундленд.
При оценке рабочей стабильности всей системы учитывалось влияние сотен тонн льда в зимний период. Предусмотрена возможность управления процессом оледенения [ice build-up] оффшорных средств обслуживания с помощью жидкостей, имеющих гораздо более низкую температуру замерзания, а также специальной тепловой изоляции гибкого трубопровода. Terra Nova имеет двойной корпус и 3000 тонн дополнительной стали, чтобы противостоять столкновениям с айсбергами и защитить процесс производства.
Существенная особенность – в случае критической ситуации судно способно быстро отсоединить якорную систему и переместиться, что повышает безопасность рабочих.
Terra Nova имеет длину 280 метров и ширину 45 метров. 9000-тонное производственное оборудование установлено на 4,5 метра выше главной палубы, способно производить 150 000 баррелей нефти и 38 кубометров газа в день (рис. 24).
Плавающие гостиницы [Flotels]
Как правило, это небольшие полупогружные платформы, переделанные под флотируемые. Они присоединяются к крупной добывающей платформе длинным проходом и служат своеобразным дополнительным приспособлением, используемым для разных нужд. Часто единственным их предназначением является размещение команды рабочих, обслуживающих основную платформу нефтегазового производства.
Технологические плавающие единицы производства и хранения [Floating Production & Storage Units]
Данные установки являются либо переделанными, либо построенными целенаправленно для выполнения своей задачи, которая состоит в разработке совсем небольших скважин и месторождений, где нерентабельно использовать большие установки с командой и системой трубопроводов. Они присоединены к морскому дну, добывают нефть и хранят ее, пока танкер не забирает добытые ресурсы.
Технологический процесс извлечения веществ под чрезвычайным давлением в агрессивной окружающей среде подразумевает серьезные риски – воспламенение газа, нефтяные утечки, загрязняющие морскую воду, землю и подземные воды. По этим причинам к нефтегазовому производству предъявляются высокие экологические требования, закрепляемые международными законами.
В июле 1988 года в результате газовой утечки, взорвалась одна из оффшорных платформ, расположенных в Северном море, погибло 167 человек. После несчастного случая участилась практика размещения жилых помещений на отдельных морских гостиничных платформах, устанавливаемых далеко от производственных. Появились морские буровые установки, управляемые на расстоянии многих сотен километров от берега, с нечастым посещением команды рабочих. Однако и это не обеспечивает полную безопасность. В марте 1980 года плавающая гостиница опрокинулась во время шторма в Северном море, унеся 123 жизни.
Практика частичного уничтожения оффшорных буровых установок грозит аварийными ситуациями для судов, пересекающих территорию расположения остатков нефтегазовых производств или ведущих рыболовную деятельность, с риском зацепиться за сооружения сетями. Из материалов, представленных в прессе, можно сделать вывод, что будущее оффшорной нефтегазовой промышленности связывается специалистами с освоением месторождений, расположенных в еще более глубоководных областях (более 1000 метров). К тому же, как показывает практика, более глубокие области имеют тенденцию к содержанию больших ресурсов, делая, таким образом, задачу экономически выполнимой, несмотря на увеличение стоимости глубоководных работ.
Морские буровые: видовое разнообразие
Морская ледостойкая стационарная платформа «Приразломная» — уникальный в своем роде проект. А уникальность познается в сравнении: «СН» оценила достоинства и недостатки конструкций морских буровых
1. «Приразломная»
Первая в России морская ледостойкая стационарная платформа построена с учетом природно-климатических условий региона. МЛСП удерживается на дне моря, на глубине 19,2 метра, за счет своего веса — 506 тыс. т. Подмыву основания платформы противостоит каменная берма — это 120 тыс. т камня и щебня, отсыпанные вокруг МЛСП.
2. Обычная платформа
На стальные (иногда бетонные) опоры, прикрепленные ко дну, установлена буровая вышка, производственное оборудование, жилые и вспомогательные отсеки. Такие платформы устанавливаются на длительные сроки производства на глубине от 14 до 500 метров. Платформы на стальных опорах в ледовых условиях не используются.
3. Гибкая башня
Закрепляемая платформа с многосекционным основанием типа «гибкая башня». Подводная часть представляет собой легкую и узкую конструкцию, сужающуюся ближе к верхней части. Гибкая башня позволяет платформе работать на значительных глубинах, подвижная структура компенсирует основную часть воздействия ветра и моря.
4. Платформа TLP
Платформа удерживается в точном месте эксплуатации с помощью системы натянутых тросов. Такой тип креплений позволяет напрямую прикреплять устья скважин к скважинам с помощью жестких труб (райзеров). Однако такие платформы не приспособлены к большим ледовым нагрузкам, а также не имеют собственного хранилища нефти.
5. Платформа типа SPAR
Платформы с подводным основанием цилиндрического типа — самые крупные офшорные установки. Состоят из большого цилиндра, поддерживающего типичную верхнюю надстройку буровой. Цилиндрическое основание укреплено на плаву с помощью кабелей и тросов и стабилизирует платформу, учитывая ее перемещения на воде.
6. Буровое судно
Разработано специально для бурения глубоководных скважин, хотя обладает меньшей устойчивостью, чем полупогружные платформы. Якорная система позволяет судну вращаться вокруг вертикальной оси, чтобы компенсировать порывы ветра. Некоторые суда могут работать в полярных условиях, но сильно зависят от ледовой обстановки.
Блог «Альянс ПРО»
О переводах, обучении переводчиков и копирайтинге
Блог » ШКОЛА » Полезности » Нефтегаз » Разработка подводных месторождений нефти
Разработка подводных месторождений нефти
Подбор терминов: Евгений Бартов
В то время как ресурсы нефтегазовых месторождений, открытых на суше, исчерпываются, освоение месторождений континентального шельфа создает основу обеспечения мировой экономики углеводородным сырьем на долгие годы. Именно поэтому в последние десятилетия мировой рынок предъявляет повышенный спрос на оборудование для морской добычи. Возникают новые центры оффшорной деятельности, увеличивается глубина, на которой возможна добыча нефти и газа.
Конструкции буровых платформ, пройдя эволюцию от неподвижных бурильных установок до разнообразных типов мобильных передвигающихся платформ, позволяют сегодня добывать нефть и природный газ на глубинах от 300 м до 3 км, принимать на борт и хранить тысячи тонн топлива, работать в морях с ограничениями по гидрометеоусловиям, обслуживать одновременно несколько десятков скважин.
Первый факт бурения в море датируется 1869-ым годом, патент на оффшорный проект буровой установки для работы на мелководье одним из первых получил T. F. Rowland. Поставленные на якорь четыре опорные башни установки напоминали современные конструкции морских платформ. Первая скважина в открытом море, вне видимости суши, была разработана в Мексиканском заливе после Второй мировой войны в 1947 году. Примерно в это же время – 40-е годы XX века – на территории Азербайджанской ССР в Каспийском море была заложена буровая платформа «Нефтяные камни», по сей день являющаяся самой масштабной морской платформой в мире, по сути, – целым городом на воде.
Современная оффшорная установка имеет около трех десятков добывающих каналов (буровых устьев [wellheads] ) (рис. 2); может обрабатывать одну крупную скважину или служить центром разработки многочисленных скважин.
Технология наклонного бурения позволяет получить доступ к подводным резервуарам нефти, расположенным на различных глубинах, и на расстоянии от платформы, достигающем 8 километров. Все многообразие типов оффшорных платформ и установок можно в целом разделить на две основных группы:
Большие стационарные платформы чрезвычайно дороги; их установка осуществляется тогда, когда запасы месторождения достаточны, чтобы оправдать затраты. Передвижные установки чаще используются в разведывательных целях для бурения исследовательских колодцев. В случае обнаружения крупных месторождений углеводородов рассматривается вопрос о том, какой тип оборудования позволит сохранить необходимый уровень рентабельности процесса добычи; часто выгодным решением является установка стационарной платформы. Одни из самых крупных стационарных оффшорных платформ расположены в Северном море, где погодные условия диктуют необходимость в конструкциях, способных противостоять ветрам силой более чем 90 узлов (морских миль в час) и волнению моря до 21 метра.
Основные типы стационарных платформ
Схема на рисунке 4 дает представление относительно того, на каких глубинах может идти добыча углеводородов, а также показывает, что в основе различия типов и возможностей стационарных платформ лежат разные конструкции их подводной части.
Некоторые типы платформ соединяют в себе черты стационарных и передвижных установок. Например, добывающие стационарные системы, которые включают передвигающиеся полупогружные буровые конструкции (на рис. 4 этот совмещенный тип платформ условно обозначен как «г»), или платформы типа jack-up, конструкция которых учитывает как способность мобильно менять место эксплуатации, так и механизм опускающихся стальных опор, укрепляющихся непосредственно в морском дне на время буровых работ.
Неподвижная платформа [fixed platform]
По структуре противоледная стенка [icewall] толщиной 1,4 метра состоит из двух слоев: внешний представляет собой систему X- и V-образных перекрытий толщиной 0,7-0,9 метра, передающих нагрузку на внутреннюю часть ограждения [interior tiewall] ; внутренний слой имеет толщину менее 0,9 метра. Подводное основание платформы сверху и снизу ограничено и укреплено круглыми горизонтальными пластинами.
37 000-тонная комплексная верхняя часть платформы транспортирована баржами в глубокие воды и установлена над шахтами гравитационного основания, частично погруженными. Затем законченная 600 000-тонная платформа была отбуксирована на свое окончательное место эксплуатации и с помощью твердого балласта [solid ballast] весом в 450 000 тонн укреплена на дне.
Пункт загрузки танкеров для обеспечения дополнительной безопасности расположен в двух километрах от платформы. Hibernia обслуживают три 127 000-тонных танкера – Kometik (рис. 7), Vinland и Mattea, грузовместимостью 850 000 тонн каждый.
Платформа с основанием типа «гибкая башня»
[Compliant Towers]
Данный тип оффшорных установок является разновидностью неподвижной платформы, однако их подводная часть представляет собой более легкую и гораздо более узкую конструкцию, сужающуюся ближе к верхней части (рис. 8).
В отличие от прочного основания неподвижной платформы, гибкая башня позволяет платформе работать на значительно больших глубинах, подвижная структура компенсирует основную часть воздействия ветра и моря. При этом смещения платформы достигают всего 2 % по вертикали и около 10 % – по горизонтали. Несмотря на свою компактность, более простую конструкцию и подвижность, гибкое подводное основание платформы способно противостоять условиям урагана.
Платформа типа TLP [Tension Leg Platform]
Платформа типа «морская звезда» [Seastar Platforms]
Платформы Sea Star, по сути, являются миниатюрным вариантом TLP-платформ, с похожей системой крепления к морскому дну. Состоят из плавающей полупогружной буровой установки, основание которой снабжено по периметру лучевыми железобетонными опорами, напоминающими лучи морской звезды (рис. 9). Нижний корпус основания во время бурения заполняется водой, платформа частично притапливается, это увеличивает ее устойчивость относительно влияния ветра и движения воды.
Вес корпуса или нижнего основания платформы [hull] составляет 5750 тонн, водоизмещение – 27 500 тонн, допустимая полезная нагрузка – 14 000 тонн, при ширине в 104 метра (рис. 11).
Плавающие нефтедобывающие системы
[Floating Production Systems]
Плавающие системы выделены в отдельный тип исключительно в связи с технологическими особенностями самого процесса добычи углеводороводов.
Отличительной особенностью при эксплуатации системы является положение буровых колодцев. Когда бурение скважины закончено, добывающий колодец или буровое устье размещается на дне океана, а не на платформе (рис. 4 «г»). Извлеченная нефть транспортируется по трубопроводу из устья на производственное оборудование, которое находится уже на основной платформе. Эти нефтедобывающие системы могут работать на глубинах до 1800 метров.
Подводная добывающая система
[Subsea (production) System]
Подводные системы – это нефтегазовые установки, расположенные прямо на морском дне. Они не выполняют функцию разведки и бурения, а устанавливаются только для того, чтобы извлекать и транспортировать добытые ресурсы. Могут являться составной частью Плавающей нефтедобывающей системы, как было описано выше. Их установка необходима и более дешева в случаях, когда разведанное некрупное месторождение выгоднее «прикрепить» к уже действующей стационарной нефтяной платформе (рис. 12).
Бурение скважин производится в этом случае, как правило, с помощью передвижной буровой установки, и, вместо дорогой стационарной платформы, на месторождении устанавливается постоянная подводная добывающая система, которая включает центральный коллектор (рис. 13) и буровые устья по количеству разрабатываемых скважин.
Извлеченная нефть и природный газ могут транспортироваться по трубопроводу к ближайшей стационарной платформе. Таким образом, этот тип оффшорных установок позволяет одной стационарной крупной платформе обслуживать многочисленные скважины на достаточно большой территории шельфа. Подводные добывающие системы используют на глубинах, не превышающих 2100 метров.
SPAR-платформы [Spar Platforms]
Способ укрепления SPAR-платформ на морском дне очень похож на систему заякоревания платформ типа TLP, но без использования жестких негнущихся тросов. Первая SPAR-платформа Neptune со сплошным цилиндрическим основанием, размерами 231 метр в длину и 21 метр в диаметре, была установлена в Мексиканском заливе в сентябре 1996 года на глубине 580 метров. На сегодняшний день разработано три варианта конфигурации цилиндрического основания (рис. 15):
Цилиндрическое основание более экономично при установке небольших и средних по размеру буровых установок, чем основание типа TLP. Из-за большого обеспечиваемого противовеса SPAR-основание имеет гораздо более высокую стабильность. Таким образом, отсутствует необходимость поддержки системы крепления к морскому дну в постоянном жестком вертикальном состоянии.
Более того, с помощью системы цепных лебедок SPAR-платформа способна горизонтально перемещаться над территорией месторождения. Это одно из лучших технических решений для морской добычи на больших глубинах, его развитие и модернизация продолжаются. Пока еще в отношении платформ этого типа употребляются термины «первая в мире».
Обратимся к примеру первой и пока единственной в мире платформы с ячеистым цилиндрическим основанием [cell spar floating production facility] – Red Hawk, созданной компанией Kerr-McGee (рис. 16) и установленной в одном из наиболее «густонаселенных» платформами регионов – в Мексиканском заливе, на глубине 1600 метров. Примерный объем ресурса месторождения составляет около 75 миллиардов кубометров природного газа.
Передвижные оффшорные буровые установки [Moveable Offshore Drilling Rigs]
Вторая большая группа оффшорных буровых установок делится на постоянно перемещающиеся и те, перемещение которых связано только с необходимостью разработки очередного месторождения. В целом, эти конструкции являются сравнительно более дешевыми.
Буровая баржа [Drilling Barges]
Установка обеспечивает, в основном, первый этап разработки месторождения – бурение скважин. Используется, главным образом, на месторождениях, расположенных внутри континента – в устьях рек, озерах, болотах, каналах и на мелководье. Буровые баржи не имеют собственного хода и не в состоянии противостоять сильному движению воды в ситуации открытого моря. Буксируются с места на место специальным судном.
Самоподъемная платформа типа Jack [Jack-Up Rigs]
Такое техническое решение не исключает заякоривания установки, но позволяет производственной рабочей платформе находиться над поверхностью воды, не касаясь ее, что является более безопасным положением. Переделанные баржи Jack-up являются наиболее редко используемыми среди передвижных установок; очевидное ограничение для проведения работ – это глубина воды, которая не должна превышать 150 метров. В качестве примера самоподъемной установки рассмотрим платформу месторождения Siri. Нефтедобывающий центр Siri, разрабатываемый компанией Statoil, располагается в северо-западной части датского сектора Северного моря, приблизительно в 220 км от берега. Трехопорная самоподъемная платформа [three legged jack-up standing] весом 10 000 тонн установлена на глубине 60 метров на стальном подводном нефтехранилище [steel subsea storage tank] объемом в 50 000 куб. м и оснащена добывающим технологическим оборудованием и жилым модулем [living quarters] (рис. 19).
Погружная буровая установка [Submersible rig]
Полупогружная буровая установка [Semisubmersible rig]
Распространенный общий тип оффшорных буровых установок, сочетающий преимущества погружных конструкций со способностью проводить буровые работы на глубине более чем 1500 метров. Имеют опоры, обеспечивающие плавучесть платформы, а также большой вес для того, чтобы оставаться в вертикальном положении. При передвижении полупогружная установка использует тот же принцип, что и предыдущий рассмотренный тип конструкций, с помощью закачивания и выкачивания воздуха из нижнего корпуса. Основное различие состоит в том, что при выпускании воздуха полупогружная установка притапливается частично, не достигая морского дна, остается на плаву. Устойчивость, достигаемая заполнением нижнего корпуса водой во время буровых работ, а также укреплением тяжелыми 10-тонными якорями, гарантирует безопасность эксплуатации платформы в бурных морских водах. При необходимости ее также можно удерживать на одном месте с помощью активного рулевого управления. В качестве примера такой конструкции рассмотрим уникальную добывающую платформу Na Kika, принадлежащую компании Shell. Она устойчиво заякорена на комплексе месторождений примерно в 260 километрах к юго-востоку от Нового Орлеана. Скважины пяти независимых нефтяных месторождений разного размера на глубинах 1740-2100 метров – Kepler, Ariel, Fourier, Herschel и E. Anstey и газового месторождения Coulomb присоединены к центральной полупогруженной платформе Na Kika, а также связаны между собой (рис. 20, 21).
Буровое судно [Drillship]
Буровые суда не требуют буксировки к месту работ, разработаны специально для бурения глубоководных скважин, хотя обладают меньшей устойчивостью, чем полупогружные платформы. В составе оснащения имеют весь набор оборудования обычного крупного океанского судна. Активное управление кораблем, основанное главным образом на GPS устройствах, предоставляет возможность проводить буровые операции [drilling operations] непосредственно с корабля только в пределах площади, на которой его перемещения не будут мешать процессу бурения. Нижний корпус судна оборудован электрическими двигателями, обеспечивающими движение судна в любом направлении. Якорная система, позволяет судну, оборудованному производственной, хранилищной и отгрузочной площадками, вращаться вокруг вертикальной оси, для того, чтобы, при наличии ветра, его воздействию была подвержена минимальная площадь. Буровая шахта [moonpool] проходит сквозь корпус судна, расширяясь к низу; буровые колонны [drill string] уходят от нее в глубину. Техническое оборудование и силовые установки расположены на палубе, а добытая и очищенная нефть до того, как ее загружают в челночные грузовые танкеры, хранится в резервуарах корпуса.
Рассмотрим структуру такой установки на примере бурового судна Terra Nova (рис. 22), участвующего в разработке одноименного месторождения, открытого компанией Petro-Canada в 35 километрах от Hibernia, близ острова Ньюфаундленд.
Нефтяной запас оценен в 406 миллионов баррелей.
При оценке рабочей стабильности всей системы учитывалось влияние сотен тонн льда в зимний период. Предусмотрена возможность управления процессом оледенения [ice build-up] оффшорных средств обслуживания с помощью жидкостей, имеющих гораздо более низкую температуру замерзания, а также специальной тепловой изоляции гибкого трубопровода. Terra Nova имеет двойной корпус и 3000 тонн дополнительной стали, чтобы противостоять столкновениям с айсбергами и защитить процесс производства.
Существенная особенность – в случае критической ситуации судно способно быстро отсоединить якорную систему и переместиться, что повышает безопасность рабочих.
Terra Nova имеет длину 280 метров и ширину 45 метров. 9000-тонное производственное оборудование установлено на 4,5 метра выше главной палубы, способно производить 150 000 баррелей нефти и 38 кубометров газа в день (рис. 24).
Плавающие гостиницы [Flotels]
Как правило, это небольшие полупогружные платформы, переделанные под флотируемые. Они присоединяются к крупной добывающей платформе длинным проходом и служат своеобразным дополнительным приспособлением, используемым для разных нужд. Часто единственным их предназначением является размещение команды рабочих, обслуживающих основную платформу нефтегазового производства.
Технологические плавающие единицы производства и хранения [Floating Production & Storage Units]
Данные установки являются либо переделанными, либо построенными целенаправленно для выполнения своей задачи, которая состоит в разработке совсем небольших скважин и месторождений, где нерентабельно использовать большие установки с командой и системой трубопроводов. Они присоединены к морскому дну, добывают нефть и хранят ее, пока танкер не забирает добытые ресурсы.
Заключение
Технологический процесс извлечения веществ под чрезвычайным давлением в агрессивной окружающей среде подразумевает серьезные риски – воспламенение газа, нефтяные утечки, загрязняющие морскую воду, землю и подземные воды. По этим причинам к нефтегазовому производству предъявляются высокие экологические требования, закрепляемые международными законами.
В июле 1988 года в результате газовой утечки, взорвалась одна из оффшорных платформ, расположенных в Северном море, погибло 167 человек. После несчастного случая участилась практика размещения жилых помещений на отдельных морских гостиничных платформах, устанавливаемых далеко от производственных. Появились морские буровые установки, управляемые на расстоянии многих сотен километров от берега, с нечастым посещением команды рабочих. Однако и это не обеспечивает полную безопасность. В марте 1980 года плавающая гостиница опрокинулась во время шторма в Северном море, унеся 123 жизни.
Практика частичного уничтожения оффшорных буровых установок грозит аварийными ситуациями для судов, пересекающих территорию расположения остатков нефтегазовых производств или ведущих рыболовную деятельность, с риском зацепиться за сооружения сетями. Из материалов, представленных в прессе, можно сделать вывод, что будущее оффшорной нефтегазовой промышленности связывается специалистами с освоением месторождений, расположенных в еще более глубоководных областях (более 1000 метров). К тому же, как показывает практика, более глубокие области имеют тенденцию к содержанию больших ресурсов, делая, таким образом, задачу экономически выполнимой, несмотря на увеличение стоимости глубоководных работ.