Особенности разработки шельфовых месторождений

Практическое занятие № 1

Тема: Технические средства для освоения морских нефтяных и газовых месторождений.

План:

1. Особенности разработки шельфовых месторождений нефти и газа.

2. Инженерно-геологические и поисково-разведочные работы на море.

3. Техника и технология разведочных работ на море.

Цель: Ознакомиться с особенностями разработки шельфовых месторождений нефти и газа и этапами освоения шельфовых месторождений. Изучить технику и технологию разведочных работ на море.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите особенности освоения морских нефтегазовых месторожде­ний?

2. Как производят геологораз­ведочное бурение?

3. Где применяют погружные буровые установки (ПБУ)?

4. Для чего при­меняются буровые суда (БС)?

5. В чем сложность нейтрализования разлива нефти на шельфе?

6. Чем осложнена работа на шельфе?

7. На какие группы классифицируют плавсредства (ПБС)?

Глоссарий

Континентальный шельф - материковая отмель, в геологиче­ском и топографическом отношении представляет собой продол­жение суши в сторону моря.

Континентальный склон – склон, который начинается в среднем от глубины С = 120 м и продолжается до глубины С = 200—3000 м.

Бурение - это процесс сооружения скважины путем разрушения горных пород.

Скважиной называют горную выработку круглого сечения, сооружаемую без доступа в нее людей, у которой длина во много раз больше диаметра.

Верхняя часть скважины называется устьем, дно - забоем, боковая поверхность - стенкой, а пространство, ограниченное стенкой - стволом скважины.

Длина скважины - это расстояние от устья до забоя по оси ствола, а глубина - проекция длины на вертикальную ось.

Особенности разработки шельфовых месторождений

Проекты освоения месторождений на шельфе существенно отли­чаются от проектов разработки наземных месторождений. Выделе­ние специфических особенностей шельфовых проектов может быть полезно для тех, кто ранее участвовал в обычных нефтяных или газовых разработках или в традиционных проектах наземного граж­данского строительства.

Главная особенность шельфовых разработок — высокие затраты и недостаточность места для размещения оборудования. Несмотря на то, что в разных районах земного шара с мягким климатом и глубокими водами установлены отдельные специализированные платформы для районов с суровыми условиями и глубокими во­дами, количество и размер платформ будет ограничиваться до ми­нимума. Так, в мелководных районах Юго-Восточной Азии от­дельно установлены буровые добывающие, жилые и факельные платформы, а платформы в Северном море полностью охватыва­ют все упомянутые функции.

Объединенная добывающая, буровая и жилая платформа (ДБЖ) с возможным нефтехранилищем и с подачей газа на рынок и нефти на погрузочные шельфовые сооружения требует точного анализа безопасности для гарантии функционирования комп­лекса. В результате должна быть выработана единая система безо­пасности, включающая в себя, например, как противопожар­ные стены, разделяющие различные функциональные зоны плат­формы, так и более традиционные водные системы для борьбы с огнем и оборудование для эвакуации и т.д. Однако очевидно, что противопожарные сгены могут заменить интервалы безопас­ности между функциональными зонами платформы только до некоторой степени. Тщательное планирование размещения обо­рудования — дополнительная мера для достижения требуемого уровня безопасности. Например, при строительстве объединен­ной газовой платформы для месторождения Тролль в Северном море особый акцент делался на размещение газопроводов на мак­симальном расстоянии от жилой зоны.

Кроме ограничений на пространство тот факт, что скважины можно бурить только в определенном положении, ограничивает дренаж и ведет к использованию горизонтальных скважин боль­шой протяженности. Хотя широкое применение подводных сква­жин до некоторой степени изменило это положение в течение последних лет, нужно помнить, что установка подводного обо­рудования на морском дне, бурение (с плавучих установок), связь добывающих установок с главной платформой и обслуживание скважин с плавучих установок в течение всей продолжительнос­ти проекта крайне дорогостоящи.

Для районов Арктики, покрытых льдами большую часть года, использование подводных скважин оказалось менее успешным, чем в других регионах. Видимо, в Арктике компаниям придется возвращаться к большим объединенным стационарным платфор­мам, где бурение скважин ограничено непосредственно платфор­мой. Эта тенденция тяготеет к использованию опыта стационарных платформ Северного моря и разработанной там технологии боль­шой досягаемости.

Работа на шельфе связана с необходимостью пребывании персонала на платформе в течение длительного времени, что ведет к дополни­тельным эмоциональным нагрузкам из-за необходимости постоянно следовать всем процедурам и Правилам безопасности.

Любой разлив нефти на шельфе значительно труднее нейтрализо­вать, чем на суше. Особенно это относится к суровым погодным условиям Арктики, что повышает требования к надежности тех­нологических процессов при нефтедобыче.

Работа на шельфе в отличие от наземной (включающей низкие температуры) осложнена более суровыми природными условиями (сильное волнение, тяжелые Арктические льды и др.). Эти условия представляют дополнительную проектную нагрузку па сооружения и дополнительный стресс для персонала, чувствующего колебания платформы пол действием экстремальных условий и непосредственно наблюдающего указанные явления. В некоторых районах мира плат­формы закрываются и даже эвакуируются в случае ураганов (Мек­сиканский залив) или тайфунов (Юго-Восточная Азия). Однако для Северною моря, где огромные волны скорее нормальны, чем необычны, или в Арктике, где движения льда будут нормальной ситуацией большую часть юла, не предполагается технических пе­рерывов в работе.

2.Инженерно-геологические и поисково-разведочные работы на море.

В практике строительства нефтяных и газовых скважин в море геологораз­ведочное бурение производят с плавучих буровых средств (ПБС):

-буровых судов;

-буровых барж;

-плавучих установок самоподъемного, полупогружного и погружного типов.

Один из основных факторов, влияющих на выбор типа буровых плавсредств (ПБС), - глубина моря на месте бурения.

ПБС прежде всего классифицируют по способу их установки над скважи­ной в процессе бурения, выделяя их в две основные группы (классы):

1. Опирающиеся при бурении на морское дно:

-плавучие буровые установки погружного типа (ПБУ - погружные буровые установки).

-плавучие буровые установки самоподъемного типа (СПБУ);

2. Производящие бурение в плавучем состоянии:

-полупогружные буровые установки (ППБУ);

-буровые суда (БС).

Погружные буровые установки (ПБУ) применяют в работе на мелководье. В результате заполнения водой нижних водоизмещающих корпусов либо ста­билизирующих колонн они устанавливаются на морское дно. Рабочая платфор­ма как в процессе бурения, так и при транспортировке находится над поверх­ностью воды.

Самоподъемные плавучие буровые установки (СПБУ) применяют пре­имущественно в разведочном бурении на морских нефтяных и газовых место­рождениях в акваториях с глубинами вод 30-120 м и более. СПБУ имеют большие корпуса, запас плавучести которых обеспечивает буксировку установ­ки к месту работы с необходимыми технологическим оборудованием, инстру­ментом и материалом. Опоры при буксировке подняты, а на точке бурения опо­ры опускаются на дно и залавливаются в грунт, а корпус поднимается по этим опорам на требуемую расчетную высоту над уровнем моря.

Полупогружные буровые установки (ППБУ) и буровые суда (БС) в рабо­чем состоянии находятся на плаву и удерживаются с помощью якорных систем или системы динамической стабилизации.

ППБУ используют для геологоразведочных работ на глубинах акваторий с глубин 90-100 м до 200-300 м с якорной системой удержания над устьем бу­рящейся скважины и свыше 200-300 м с динамической системой стабилизаиии (позииирования).

Буровые суда (БС) благодаря их более высокой маневренности и скорости перемещения, большей автономности по сравнению с ППБУ в основном при­меняются для бурения поисковых и разведочных скважин в отдаленных рай­онах при глубинах моря до 1500 м и более. Большие запасы (до 100 дней рабо­ты) обеспечивают бурение нескольких скважин, а большая скорость передви­жения (до 24 км/час) - быструю их перебазировку с законченной бурением скважины на новую точку. Недостатком БС, по сравнению с ППБУ, является их относительно большее ограничение в работе в зависимости от волнения моря. Так, вертикальная качка БС при бурении допускается до 3,6 м, а ППБУ - до 5 м. так как ППБУ обладает большей остойчивостью (за счет погружения нижних понтонов до 30 м и более) по сравнению с БС, то вертикальная качка ППБУ со­ставляет 20-30% высоты волн. Таким образом, бурение скважин ППБУ практи­чески осуществляют при значительно большем волнении моря, чем при буре­нии с БС. Недостаток ППБУ - малая скорость передвижения с законченной бу­рением скважины на новую точку.

Эффективность бурения скважин на море зависит от множества естественных, технических и технологических факторов, в том числе от типа используемого морского бурового основания (рис. 1.2). На выбор рационального типа, конструкции и параметров морского бурового основания так же влияет множество факторов: назначение, глубина по воде и породам, конструкция, начальный и конечный диаметры скважины, гидрологическая и метеорологическая характеристики работ, свойства пород, способ бурения, мощностные и массовые характеристики располагаемых на основании буровых механизмов, оборудования и инструмента.

Основные гидрологические и метеорологические характеристики шельфа, влияющие на выбор рационального типа бурового основания, следующие: глубина моря в районе бурения, степень его волнения, сила ветра, ледовый режим и видимость.

Максимальная глубина шельфа большинства морских акваторий составляет 100-200 м, но на некоторых акваториях она достигает 300 м и более. До настоящего времени основным объектом геологического исследования шельфов являются участки в прибрежных районах с глубиной акваторий до50 м и редко 100 м. Это объясняется меньшей стоимостью разведки и разработки месторождений на меньших глубинах и достаточно большой площадью шельфа с глубинами до 50 м. Подтверждением мелководности больших площадей шельфов являются соответствующие данные по морям, омывающим берега России [19]: глубина Азовского моря не превышает 15 м; средняя глубина северной части Каспийского моря (площадь 34360 квадратные мили) составляет 6 м, наибольшая – 22 м; преобладающие глубины Чукотского моря 40 – 50 м, 9% площади с глубинами 25 – 100 м; 45% площади моря Лаптевых с глубинами 10 -50 м, 64% - с глубинами до 100 м; в западной и центральной частях Восточно-Сибирского моря преобладают глубины 10–20 м, в восточной 30 - 40 м, средняя глубина моря 54 м; преобладающие глубины Карского моря 30 – 100 м, глубины прибрежной отмели до 50 м; преобладающие глубины Балтийского моря 40 – 100 м, в заливах – менее40 м; средняя глубина Белого моря 67 м, в заливах- до 50 м; преобладающие глубины Баренцева моря 100-300 м, в Юго-Восточной части 50-100 м; глубины Печорской губы (длина около 100 км, ширина 40-120 км) не превышают 6 м.

Удаленность точек заложения скважин от берега при бурении с ледового припая зависит от ширины припайной полосы и для аркти­ческих морей достигает 5 км.

Где нет условий для быстрого укрытия плавсредств в случае шторма из-за отсутствия закрытых и полузакрытых бухт. Здесь для бурения эффективнее применять автономные ПБУ, так как при использовании неавтономных установок трудно обеспечить безопасность персонала и сохранность установки в штормовых условиях. Большую опасность пред­ставляет работа у крутых обрывистых и каменистых бере­гов, не имеющих достаточно широкой зоны пляжа. В таких местах при срыве неавтономной ПБУ с якорей ее гибель практически неизбежна.

Основная зона шельфа, разведываемая геологами, состав­ляет полосу шириной от сотен метров до 25 км.

В районах шельфа арктических морей почти нет обустро­енных причалов, баз и портов, поэтому вопросам жизнеобе­спечения буровых установок и обслуживающих их кораблей (ремонт, заправка, укрытие на время шторма) здесь необхо­димо придавать особое значение. При бурении в удаленных от возможных мест укрытий районах должна быть хорошо налажена служба оповещения прогноза погоды, а применяемые для бурения плавсредства должны обладать достаточной автономностью, остойчивостью и мореходностью.

	Приливы-отливы

Рис. 1.2. Факторы, влияющие на эффектность бурения скважин на море

Горно-геологические условия характеризуются в основном мощностью и физико-механическими свойствами горных пород, пересекаемых скважиной. Отложения шельфа обычно представлены рыхлыми породами с включением валунов. Ос­новными составляющими донных отложений являются илы, пески, глины и галька. В различных соотношениях могут об­разовываться отложения песчано-галечные, суглинки, супеси, песчано-илистые и т.д. Для шельфа дальневосточных морей породы донных отложений представлены следующими вида­ми, %: илы — 8, пески — 40, глины — 18, галька — 16, про­чие — 18. Валуны встречаются в пределах 4 —6 % в разрезе пробуренных скважин и 10—12 % скважин от общего их ко­личества.

Мощность рыхлых отложений редко превышает 50 м и изменяется от 2 до 100 м. Мощность прослоек тех или иных пород колеблется от нескольких сантиметров до десятков метров, а интервалы их проявления по глубине не подчиня­ются никакой закономерности, за исключением илов, кото­рые находятся в большинстве случаев на поверхности дна, достигая в "спокойных" закрытых бухтах 45 м.

Породы донных отложений, за исключением глин, несвяз­ные и легко разрушаются при бурении (II —IV категорий по буримости). Стенки скважин крайне неустойчивы и без крепления после их обнажения обрушиваются. Нередко из-за значительной обводненности пород образуются плывуны. Подъем керна с таких горизонтов затруднен, а их бурение возможно преимущественно с опережением забоя скважины обсадными трубами.

Под рыхлыми отложениями залегает кора выветривания коренных пород с включением остроугольных кусков грани­тов, диоритов, базальтов и других скальных пород (до XII категории по буримости).

Рациональным является такой способ бурения скважины, который обеспечивает достаточно качественное выполнение поставленной задачи при минимальных трудовых и матери­альных затратах. Выбор такого способа бурения базируется на сравнительной оценке его эффективности, определяемой многими факторами, каждый из которых в зависимости от геолого-методических требований, назначения и условий бу­рения может иметь решающее значение.

Б.М. Ребрик рекомендует рассматривать эффективность способа бурения как комплексное понятие и объединять факторы в группы, отражающие существенную сторону про­цесса бурения скважины или характеризующие предназна­ченные для этой цели технические средства. В частности, он предлагает эффективность способа бурения инженерно-геологических скважин определять по трем группам факто­ров: инженерно-геологическим, техническим и экономичес­ким.

Принципиально указанная группировка приемлема и для бурения скважин других назначений. При выборе рациональ­ного способа бурения оценивать его следует прежде всего и главным образом по фактору, отражающему целевое назна­чение скважины. При выявлении двух и более способов бу­рения, обеспечивающих пусть даже различное, но достаточ­ное качество выполнения поставленной задачи, следует про­должить их оценку по другим факторам. Если сравниваемые способы не обеспечивают качественного решения геологиче­ской или технической задачи, ради которой осуществляется бурение, то оценивать их, например, по производительности и экономической эффективности не имеет практического смысла.

Факторы, влияющие на процесс и эффективность бурения на море, специфические. Они ограничивают или вовсе исключают возможность применения некоторых спо­собов и технических средств, признанных эффективными для бурения скважин того же назначения на суше. Исходя из этого эффективность способов бурения разведочных сква­жин на море предложено оценивать по четырем показателям: геологической информативности, эксплуатационно-техноло­гическим возможностям, технической эффективности, эко­номической эффективности.

Геологическая информативность определяется конкретны­ми задачами бурения разведочных скважин. При разведке месторождений полезных ископаемых геологическую ин­формативность способов бурения оценивают по качеству от­бираемого керна. Керн должен обеспечивать получение гео­логического разреза и фактических параметров месторожде­ния: литологического и гранулометрического состава разбу­риваемых отложений, их обводненности, границ продуктив­ного пласта, крупности находящегося в нем металла (при разведке россыпей), содержания полезного компонента, со­держания тонкодисперсного материала и глинистых прима­зок (при разведке стройматериалов) и т.п. Для точного опре­деления этих параметров необходимо предотвратить обога­щение или обеднение отбираемых проб керна по каждому интервалу опробования.

Эксплуатационно-технологические воз­можности способа бурения определяются качеством выпол­нения поставленной задачи, его технической и экономичес­кой эффективностью.

Критериями оценки технической эффективности являют­ся: мгновенная, средняя, рейсовая, техническая, парковая, цикловая скорости бурения; производительность за смену, сезон; время выполнения отдельных операций, проходки всей скважины или отдельного ее интервала; износ обору­дования, обсадных труб и инструмента; универсальность; металлоемкость; энергоемкость; мощность; транспортабель­ность бурового оборудования и др.

Все виды скоростей и производительность бурения опре­деляются затратами времени на выполнение того или иного процесса или операции. При выборе способа бурения для условий моря фактор времени является одним из важнейших критериев. Используя высокоскоростные способы и техно­логии бурения, многие из разведочных скважин можно на­чать и закончить бурить в периоды хорошей погоды и в те­чение светлого времени дня. Это позволит избежать аварий­ных ситуаций, возникающих в случае консервации недобу-ренной скважины из-за наступления ночи, шторма и т.п.

Критерии экономической эффективности включают в себя показатели, характеризующие затраты в рублях. Важнейшие из этих критериев — стоимость 1 м бурения, стоимость со­оружения всей скважины или отдельного ее интервала, в большой степени зависящие от технической эффективности. К ним же могут быть отнесены критерии, характеризующие затраты на содержание вспомогательных плавсредств, расход различных материалов, которые быстро изнашиваются при использовании их в сложных гидрологических и агрессивных условиях моря (например, обсадных и бурильных труб, тро­совой оснастки буровых и якорных лебедок и т.д.).

Таким образом, выбор рациональных способов, техноло­гий и техники для бурения разведочных скважин на море необходимо осуществлять путем сопоставления известных и новых способов по комплексу критериев эффективности. Главенствующая роль того или иного критерия зависит от конкретного назначения скважины. Для бурения инженерно-геологических и геолого-разведочных скважин на твердые полезные ископаемые главным из этих критериев является геологическая информативность, остальные критерии имеют подчиненный характер. Поэтому для бурения таких скважин методологически правильно оценивать сравниваемые способы в первую очередь по геологической информативности. Для бурения геотехнологических и технических скважин предпо­чтение следует отдавать так называемому Т-критерию (мини­мум времени бурения скважины).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: