Как добывают нефть в море: как создаётся и работает морская нефтяная платформа

Классификации нефтяных буровых установок

Существует несколько общепринятых классификаций, в основе каждой из которых лежит определённый критерий.

По виду конструкционной системы буровые машины бывают:

• мачтовые, в которых механическая часть базируется на двух опорных элементах;
• башенные, в них присутствуют четыре опорных механизма. На каждый элемент нагрузка распределяется равномерно.

По способу перемещения буровые установки на нефть бывают:

• передвижные преимущественно служат для разведывательных работ, в частности для забора проб грунта;
• стационарные используются для добычи полезных ископаемых.

По месту монтажа вышки бывают:

• наземные монтируются на грунт;
• морские устанавливаются на морское дно.

Виды буровых установок на нефть

Лопастные виды долот

В зависимости от типа своей конструкции, а также от оснащенности твердосплавными элементами, долота лопастного типа используют при бурении:

• мягких пород;
• пород средней твердости;
• мягких пород, в которых есть малоабразивные средние пропластки;
• при необходимости разбурить цементные пробки или металлические детали нижней части обсадных трубных колонн;
• при необходимости расширения скважинного ствола.

В настоящее время на практике применяются следующие виды лопастных долот:

• двухлопастные с проточной промывкой (диаметр варьируется от 76-ти до 165,1 миллиметра);
• трехлопастные с проточным или гидромониторным видом промывки (диаметры – от 120,6 до 469,9 миллиметров);
• трехлопастные долот с истирающе-режущим принципом действия с проточной промывкой или промывкой с помощью гидромонитора (диаметр – от 190,5 до 269,9 миллиметров);
• шестилопастные истирающе-режущие долота с двумя типами промывки (диаметр – от 76-ти до 269,9 миллиметров);
• пикообразные с проточной промывкой (диаметр – от 98,4 до 444,5 миллиметров).

В настоящее время промышленность производит такие типы долот лопастного вида (к пикообразным – не относится):

• долота для бурения мягких пород (литера М);
• для мягких пород со среднетвердыми пропластками (МС);
• для абразивных мягких абразивных пород со среднетвердыми пропластками (МСЗ);
• для среднетвердых пород (С);

Пикообразные лопастные долота бывают двух видов:

• применяемые для расширения скважинного ствола (литера Р);
• для разбуривания металлических элементов и цементных пробок в нижней части обсадной колонны (Ц).

Читать также: Как выбирают обсадные трубы для нефтяных скважин?

Сферы применения и базовое назначение

Нефтяные буровые установки используются для проделывания многоцелевых отверстий.

Они применяются для:

• Бурения добывающих скважин. Такие отверстия используют для добычи нефти, газа и сопутствующих компонентов.
• Формирования разведывающих отверстий. Их проделывают там, где наличие нефти уже подтверждено исследованиями. Скважины необходимы для того, чтобы окончательно сформировать данные о запасах материала и изготовить схему работы на местности.
• Бурения оценочных скважин. Их функциональная нагрузка состоит в том, чтобы проанализировать и спрогнозировать поведение нефтяных пластов и возможное движение земной коры в месте работы, а также оценить объёмы залегаемой нефти.
• Проделывания контрольных скважин. Именно эти отверстия необходимы для постоянного контроля давления на территории, где ведётся добыча полезных ископаемых.
• Бурения наблюдательных отверстий. Скважины используют для установления объёмов выкаченной и оставшейся нефти, а также для оценки контактов нефти, газа и воды друг с другом.

Фото наземной буровой установки на нефть

ЦПС

Центральные сборные пункты представляют собой универсальные технологические объекты, на которых добываемое сырье разделяют на товарную нефть, сточные воды и газ.

Стоки очищают до уровня, который должен соответствовать установленным требованиям, а затем вводят в систему поддержания давление в пласте. Неочищенные стоки подают в специальные скважины-поглотители с целью их утилизации.

ЦПС должен обеспечить:

• приемку и предварительное разделение поступающего из куста скважин сырья;
• приемку и количественный учет поступающей продукции;
• нефтеподготовку;
• подготовку и, при необходимости, безопасную утилизацию сточных и пластовых вод (в том числе- ливневых);
• приемку и количественный учет получаемой на ЦПС товарной нефти;
• приемку и предварительную подготовку к транспортированию попутного газа;
• подачу подготовленного товарного нефтяного сырья в сисему магистральных трубопроводов.

Для сбора атмосферных осадков и разлившихся жидкостей на ЦПС должен быть предусмотрен специальный резервуар.

Площадки, на которых размещается технологическое оборудование, должны быть с бетонным покрытием на 15 сантиметров выше земли. Уклоны таких площадок для отвода дождевой воды должны быть не меньше, чем 0,003 градуса. Если на ЦПС возможен разлив горючих продуктов, то её площадку следует оградить бетонными бортиками не менее 15-ти сантиметров в высоту.

Площадки, на которых расположены печи и блоки для подогрева сырья, должны быть ограждены либо земляным валом, либо сплошной стеной, либо бордюрным камнем. Высота такого заграждения во всех случаях должна быть минимум полметра.

Уровень вибрации и шума используемого оборудования должен быть меньше предельно допустимых санитарных нормативов.

Читать также:

Состав комплекса буровой установки для бурения нефтяных скважин

Если есть необходимость использовать агрегаты с высоким шумовым уровнем, то нужно предусмотреть:

• установку шумоподавителей;
• систему дистанционного управления таким агрегатом;
• звукоизоляцию в наблюдательных кабинах.

Последнее время активно внедряются так называемые КСП (комплексные пункты сбора), либо их модификации, которые называются автономные установки (АУ). Особенно такие системы характерны для мелких месторождений.

На любом сборном пункте должен быть резервный парк ёмкостей (включая аварийные резервуары).

Устройство и оборудование

Нефтяная установка состоит из следующих систем:

1. Энергетический комплекс. Входящий в него дизельный двигатель перерабатывает топливо для получения необходимой энергии. Она питает электрический генератор. Это устройство снабжает электричеством остальные узлы, агрегаты и механизмы.
2. Механическая система включает в себя подъёмное устройство. Оно перемещает тяжёлые элементы при помощи лебедки, кабельной катушки и шкива.

В механической системе присутствует элемент буровой установки в виде ствола ротора.

3. Вспомогательная система включает в себя элементы движения, вспомогательную лебедку, вентиляционное оборудование, освещение, водоснабжение и отопление.
4. Информационная система обеспечивает контроль за работой основных узлов и агрегатов.
5. Циркуляционная система предназначена для того, чтобы химический раствор попал в бурильную колонну. Под давлением он проходит через систему труб и стол ротора.

Кроме системных агрегатов нефтяная установка включает в себя следующее оборудование:

• Насос, который закачивает бурильный раствор в колонну.
• Трубы обеспечивают соединение агрегатов между собой.
• Вибросито предназначено для фильтрации химической смеси.
• Буровая вышка — это сердце установки. Она фиксирует буровую систему.
• Превентор герметично фиксирует клапаны труб.
• Вертлюг поддерживает равновесие бурильной колонны.
• Ведущая труба служит для вращения бурильной колонны.
• Бурильная колонна представляет собой совокупность труб для проделывания скважин.
• Бур – породоразрушающий элемент, изготавливаемый из различных материалов.

Схема нефтяной буровой установки

Как добывают нефть в море: как создаётся и работает морская нефтяная платформа

\\ Главная \ Технологии

Морская добыча нефти, наряду с освоением сланцевых и трудноизвлекаемых углеводородных запасов, со временем вытеснит освоение традиционных месторождений «чёрного золота» на суше в силу истощения последних. В то же время, получение сырья на морских участках осуществляется преимущественно с применением дорогих и трудоёмких методов, при этом задействуются сложнейшие технические комплексы — нефтяные платформы

Специфика добычи нефти в море

Сокращение запасов традиционных нефтяных месторождений на суше заставило ведущие компании отрасли бросить свои силы на разработку богатых морских блоков. Пронедра писали ранее, что толчок к развитию данного сегмента добычи был дан в семидесятые годы, после того, как страны OPEC ввели нефтяное эмбарго.

По согласованным оценкам специалистов, предполагаемые геологические нефтяные запасы, располагающиеся в осадочных слоях морей и океанов, достигают 70% от совокупных мировых объёмов и могут составить сотни миллиардов тонн. Из этого объёма порядка 60% приходятся на шельфовые участки.

К настоящему времени из четырёх сотен нефтегазоносных бассейнов мира половина охватывает не только континенты на суше, но и простирается на шельфе. Сейчас разрабатываются порядка 350 месторождений в разных зонах Мирового океана. Все они размещаются в пределах шельфовых районов, а добыча производится, как правило, на глубине до 200 метров.

На актуальном этапе развития технологий добыча нефти на морских участках сопряжена с большими затратами и техническими сложностями, а также с рядом внешних неблагоприятных факторов. Препятствиями для эффективной работы на море зачастую служат высокий показатель сейсмичности, айсберги, ледовые поля, цунами, ураганы и смерчи, мерзлота, сильные течения и большие глубины.

Бурному развитию нефтедобычи на море также препятствует дороговизна оборудования и работ по обустройству месторождений. Размер эксплуатационных расходов увеличивается по мере наращивания глубины добычи, твёрдости и толщины породы, а также удалённости промысла от побережья и усложнения рельефа дна между зоной извлечения и берегом, где прокладываются трубопроводы. Серьёзные затраты связаны и с выполнением мероприятий по предотвращению утечек нефти.

Стоимость одной только буровой платформы, предназначенной для работы на глубинах до 45 метров, составляет $2 млн. Техника, которая рассчитана на глубину до 320 метров, может стоить уже $30 млн. В среднем устройство среднего эксплуатационного основания для добычи на большой глубине в Мексиканском заливе обходится в $113 млн.

Отгрузка добытой нефти на танкер

Эксплуатация буровой платформы передвижного типа на пятнадцатиметровой глубине оценивается в $16 тыс. в сутки, 40 метров — $21 тыс., самоходной платформы при использовании на глубинах 30–180 метров — в $1,5–7 млн. Затратность разработки месторождений в море делают их рентабельными лишь в случаях, когда речь идёт о крупных запасах нефти.

Следует учитывать и то, что расходы на добычу нефти в разных регионах будут различными. Работы, связанные с открытием месторождения в Персидском заливе, оцениваются в $4 млн, в морях Индонезии — $5 млн, а в Северном море расценки вырастают до $11 млн. Дорого обойдётся оператору и лицензия на разработку морского месторождения — заплатить придётся в два раза больше, чем за разрешение на освоение сухопутного участка.

Типы и устройство нефтяных платформ

При добыче нефти из месторождений Мирового океана компании-операторы, как правило, используют специальные морские платформы. Последние представляют собой инженерные комплексы, с помощью которых осуществляется как бурение, так и непосредственно извлечение углеводородного сырья из-под морского дна. Первая нефтяная платформа, которая использовалась в прибрежных водах, была запущена в американском штате Луизиана в 1938 году. Первая же в мире непосредственно морская платформа под названием «Нефтяные Камни» была введена в эксплуатацию в 1949 году на азербайджанском Каспии.

Основные виды платформ:

• стационарные;
• свободно закреплённые;
• полупогружные (разведочные, буровые и добывающие);
• самоподъёмные буровые;
• с растянутыми опорами;
• плавучие нефтехранилища.

Плавучая буровая установка с выдвижными опорами «Арктическая»

Разные типы платформ могут встречаться как в чистом, так и в комбинированном видах. Выбор того или иного типа платформы связан с конкретными задачами и условиями освоения месторождений. Использование разных видов платформ в процессе применения основных технологий морской добычи мы рассмотрим ниже.

Конструктивно нефтяная платформа состоит из четырёх элементов — корпуса, системы якорей, палубы и буровой вышки. Корпус — это понтон треугольной или четырёхугольной формы, установленный на шести колоннах. Сооружение удерживается на плаву за счёт того, что понтон наполняется воздухом. На палубе размещаются бурильные трубы, подъёмные краны и вертолётная площадка. Непосредственно вышка опускает бур к морскому дну и поднимает его по мере необходимости.

1 — буровая вышка; 2 — вертолётная площадка; 3 — якорная система; 4 — корпус; 5 — палуба

Комплекс удерживается на месте якорной системой, включающей девять лебёдок по бортам платформы и стальные тросы. Вес каждого якоря достигает 13 тонн. Современные платформы стабилизируются в заданной точке не только при помощи якорей и свай, но и передовых технологий, включая системы позиционирования. Платформа может быть заякоренной в одном и том же месте несколько лет, вне зависимости от погодных условий в море.

Бур, работа которого контролируется при помощи подводных роботов, собирается по секциям. Длина одной секции, состоящей из стальных труб, составляет 28 метров. Выпускаются буры с достаточно широкими возможностями. К примеру, бур платформы EVA-4000 может включает до трёх сотен секций, что даёт возможность углубиться на 9,5 километра.

Буровая нефтяной платформы

Строительство буровых платформ осуществляется путём доставки в зону добычи и затопления основания конструкции. Уже на полученном «фундаменте» и надстраиваются остальные компоненты. Первые нефтяные платформы создавались путём сварки из профилей и труб решетчатых башен в форме усечённой пирамиды, которые намертво прибивались к морскому дну сваями. На такие конструкции и устанавливалось буровое оборудование.

Строительство нефтяной платформы «Тролль»

Необходимость разработки месторождений в северных широтах, где требуется ледостойкость платформ, привела к тому, что инженеры пришли к проекту строительства кессонных оснований, которые фактические представляли собой искусственные острова. Кессон заполняется балластом, обычно — песком. Своим весом основание прижимается к дну моря.

Стационарная платформа «Приразломная» с кессонным основанием

Постепенное увеличение размеров платформ привело к необходимости пересмотра их конструкции, потому разработчики из Kerr-McGee (США) создали проект плавучего объекта с формой навигационной вехи. Конструкция представляет собой цилиндр, в нижней части которого размещается балласт. Днище цилиндра прикрепляется к донным анкерам. Такое решение позволило строить относительно надёжные платформы поистине циклопических размеров, предназначенные для работ на сверхбольших глубинах.

Плавучая полупогружная буровая установка «Полярная звезда»

Впрочем, следует отметить, что большого отличия непосредственно в процедурах извлечения и отгрузки нефти между морскими и сухопутными буровыми нет. К примеру, основные компоненты платформы стационарного типа на море идентичны элементам буровой вышки на суше.

Морские буровые характеризуются в первую очередь автономностью работы. Для достижения такого качества установки оснащаются мощными электрогенераторами и опреснителями воды. Пополнение запасов платформ осуществляется при помощи судов обслуживания. Кроме того, морской транспорт задействуется и с целью перемещения конструкций к точкам работы, в спасательных и противопожарных мероприятиях. Естественно, транспортировка полученного сырья производится при помощи трубопроводов, танкеров или плавающих хранилищ.

Технология морской добычи

На современном этапе развития отрасли при небольших расстояниях от места добычи до побережья бурятся наклонные скважины. При этом иногда применяется передовая разработка — управление дистанционного типа процессами бурения горизонтальной скважины, что обеспечивает высокую точность контроля и позволяет отдавать команды буровому оборудованию на расстоянии в несколько километров.

Глубины на морской границе шельфа как правило составляют порядка двухсот метров, однако иногда доходят до полукилометра. В зависимости от глубин и удалённости от побережья при бурении и извлечении нефти применяются разные технологии. На мелководных участках сооружаются укреплённые основания, своеобразные искусственные острова. Они и служат основой для установки бурильного оборудования. В ряде случае компании-операторы окантовывают дамбами участок работы, после чего из полученного котлована откачивается вода.

Если расстояние до берега составляет сотни километров, то в этом случае принимается решение о строительстве нефтяной платформы. Стационарные платформы, наиболее простые в конструкции, возможно использовать только на глубинах в несколько десятков метров, мелководье вполне позволяет закрепить конструкцию с помощью бетонных блоков или свай.

Стационарная платформа ЛСП-1

При глубинах порядка 80 метров применяются плавучие платформы с опорами. Компании на более глубоких участках (до 200 метров), где закрепление платформы проблематично, применяют полупогружные буровые установки. Удержание таких комплексов на месте осуществляется при помощи системы позиционирования, состоящей из подводных двигательных систем и якорей. Если речь идёт о сверхбольших глубинах, то в этом случае задействуются буровые суда.

Буровое судно Maersk Valiant

Скважины обустраиваются как одиночным, так и кустовым методами. В последнее время начали использоваться передвижные основания для бурения. Непосредственно бурение в море производится с использованием райзеров — колонн из труб большого диаметра, которые опускаются до дна. После завершения бурения на дне устанавливаются многотонный превентор (противовыбросная система) и устьевая арматура, что позволяет избежать утечки нефти из новой скважины. Также запускается оборудование для контроля состояния скважины. Закачивание нефти на поверхность после начала добычи осуществляется по гибким трубопроводам.

Применение разных систем добычи в море: 1 — наклонные скважины; 2 — стационарные платформы; 3 — плавучие платформы с опорами; 4 — полупогружные платформы; 5 — буровые суда

Сложность и высокотехнологичность процессов освоения морских участков очевидна, даже если не вдаваться в технические детали. Целесообразно ли развитие данного сегмента добычи, учитывая немалые сопутствующие сложности? Ответ однозначен — да. Несмотря на препятствия в освоении морских блоков и большие расходы в сравнении с работой на суше, всё же нефть, добытая в водах Мирового океана, востребована в условиях непрекращающегося превышения спроса над предложением.

Напомним, Россия и азиатские страны планируют активно наращивать мощности, задействованные в морской добыче. Такую позицию можно смело считать практичной — по мере истощения запасов «чёрного золота» на суше, работа на море станет одним из основных способов получения нефтяного сырья. Даже принимая во внимание технологические проблемы, затратность и трудоёмкость добычи на море, нефть, извлечённая таким образом, не только стала конкурентоспособной, но уже давно и прочно заняла свою нишу на отраслевом рынке.

/pronedra.ru/