Стационарные платформы

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТАЦИОНАРНЫХ ПЛАТФОРМАХ

Для определения буровых платформ, эксплуатируемых в море, существует устоявшийся термин – оффшорные конструкции (от англ. offshore – на расстоянии от берега). Комплексная буровая структура, помимо оборудования для бурения скважин, добычи нефти или природного газа из подводных месторождений, может также включать оборудование для хранения добытых ресурсов, жилые помещения, рассчитанные более чем на сотню человек, и сложную систему самообеспечения. В зависимости от характеристик месторождения, а также от глубины, на которой находится цель бурения, конструкции платформ могут значительно различаться. 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 1947году. 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. Сегодня количество действующих нефтяных платформ в Мировом океане составляет около полутора тысяч. С развитием технологий процессы бурения и добычи на все большей глубине становятся не только осуществимыми, но и рентабельными. Полная автономность добывающей нефтяной платформы обеспечивается установленными на ней генераторами энергии и опреснителями воды. Однако практически все большие платформы обслуживаются небольшими судами поддержки, в основном выполняющими функцию снабжения. Другие возможные вспомогательные функции – буксировка платформы к месторасположению, резервное место спасения людей, принятие противопожарных мер. Существуют также чрезвычайные суда поддержки, которые привлекаются непосредственно в аварийных ситуациях, при вынужденных спасательных операциях. Оснащение платформ предусматривает возможность доставки добытых ресурсов на берег с помощью берегового трубопровода, либо плавающего нефтехранилища или грузового танкера. Технологические элементы, необходимые для обеспечения процесса нефтегазовой добычи, включают производственные коллекторы, сепараторы (распределители), гликолевые дегидраторы для осушки природного газа, газовые компрессоры, насосы для нагнетания воды в пласт, измерители экспорта нефти/газа и мощные насосы основной линии добычи. В состав подводной части оборудования входит предохранитель выбросов (blowout preventor), устанавливаемый на морском дне. Эта система препятствует просачиванию в воду нефти или газа, используется в процессе добычи всегда, в том числе, при бурении на суше. В типах конструкций, основание которых не прилегает непосредственно к поверхности морского дна, над предохранителем располагается водоотделяющая колонна (англ. marine riser), которая простирается от дна до самой платформы. В корпусе колонны размещаются лифтовая или насосно-компрессорная шахта, по которой нефть/газ выкачиваются к поверхности, буровое долото и другое технологическое бурильное оборудование. В этом случае конструкция колонны разрабатывается достаточно гибкой, чтобы согласовываться с поверхностными передвижениями буровой платформы. Специальный тип скользящих шарнирных креплений колонны позволяет подводной части оборудования быть независимой от перемещения или вращения платформы на поверхности моря. Современная оффшорная установка имеет около трех десятков добывающих каналов (в системе технического оснащения эти части оборудования называются буровыми устьями – wellheads); может обрабатывать одну крупную скважину или служить центром разработки многочисленных скважин. Технологически механизм бурения морского дна идентичен бурению скважины на суше (рис. 3). 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:

- стационарные морские буровые и добывающие платформы (offshore drilling and production platforms), которые имеют постоянное месторасположение, жестко укреплены на океанском дне или заякорены в зависимости от глубины, на которой ведется добыча;

- передвижные морские буровые установки (moveable offshore drilling rigs), которые могут перемещаться и быть использованы при разработке ряда месторождений, а также для исследовательских и вспомогательных работ. 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 и волнению моря до 21 метра.

Неподвижная платформа (fixed platform). На глубинах, не превышающих 400-450 метров, существует возможность непосредственного укрепления платформы на морском дне. В случаях небольшой глубины иногда не возникает необходимости в дополнительных креплениях, вес всех составляющих буровой конструкции настолько велик, что она может просто опираться на собственную массу. Подобные типы оффшорных конструкций разрабатываются с расчетом на долгосрочное использование.

Подводная основа (template), соединяющая разрабатываемый участок морского дна и верхнюю надстройку, таким образом, одна из наиболее значимых частей оборудования стационарной платформы. Как правило, она представляет собой стальную или железобетонную конструкцию разных типов с выходами, количество которых зависит от числа разрабатываемых колодцев или скважин. Основание буровой доставляется непосредственно в место над участком бурения, затапливается в требуемое положение с использованием технологии GPS и цементируется в углубление, подготовленное на морском дне. Укрепленное между дном и платформой основание, помимо точного местоположения бурения, учитывает также перемещения платформы на поверхности, которые неизбежны из-за влияния ветра и волнения моря.

Сегодня при конструировании основания буровой используется ряд материалов: сталь, железобетон, а также комбинации стали и бетона. Для создания оснований буровых со встроенными нефтехранилищами часто выбирают кессон. Кессонные конструкции (общепринятая аббревиатура Condeep от англ. Concrete Deep Water Structure) относятся к гравитационному типу подводных оснований, поскольку обладают характеристиками плавучести. Это позволяет сооружать их сразу в море, недалеко от берега (для этих целей подходят защищенные и достаточно глубокие заливы), затем буксировать на исходную позицию расположения платформы и погружать на морское дно. Стальные корпуса изготавливаются, как правило, на суше, буксируются к месту эксплуатации, опускаются в воду вертикально подъемным краном и укрепляются на морском дне. Существует множество проектов неподвижных платформ. Главное преимущество этого типа – устойчивость, благодаря жесткому креплению на морском дне они менее других подвержены смещениям под влиянием ветра и водных масс. Ярким примером этого типа может служить платформа Hibernia, расположенная в 315 км к востоку от острова Ньюфаундленд (Канада) на глубине моря около 80 м. Месторождение включает два нефтяных бассейна раннего мелового периода – Hibernia и Avalon, залегающих на глубинах около 3700 и 2400 метров соответственно. Запасы углеводородного сырья составляют приблизительно 3 миллиарда баррелей. Конструкция установки в данном районе океана должна быть достаточно мощной, чтобы выдерживать возможное столкновение с айсбергом весом в миллион тонн (вероятность данного происшествия существует один раз в 500 лет), а также прямой удар от айсберга весом шесть миллионов тонн (вероятность этого события составляет раз в 10 000 лет).

Для подводного основания платформы Hibernia разработана специальная гравитационная подводная часть (GBS – Gravity Base Structure) весом в 450 000 тонн. Представляет она собой 105, 5-метровое основание кессонного типа, сконструированное с использованием высокопрочного бетона, прошитого стальными решетками и стянутого натяжными тросами, создающими дополнительную прочность. Основание защищено противоледовой конструкцией из 16-ти бетонных зубцов. По структуре противоледная стенка шириной 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; внутренний слой имеет толщину менее 0, 9 метра. Подводное основание платформы сверху и снизу ограничено и укреплено круглыми горизонтальными пластинами. Нижняя базовая пластина в диаметре составляет 108 метров, верхняя поднимается на 5 метров над уровнем моря. Внутри гравитационной структуры находятся нефтяные хранилища, рассчитанные на 1, 3 миллиона баррелей сырой нефти. От нижней базовой пластины сквозь гравитационную структуру основания проходят четыре шахты или колонны, которые поддерживают другие внутренние сооружения, а именно – вспомогательная шахта, шахта трубопроводных стояков и два эксплуатационных буровых отсека. Каждая из них имеет 17 метров в диаметре и 111 метров в высоту. Вспомогательную шахту также называют шахтой инженерных коммуникаций или шахтой систем обеспечения; она содержит автоматическое оборудование, необходимое для работы системы гравитационного основания, сеть трубопроводов, систему отопления и кондиционирования воздуха, а также электрическое управление. Две буровые шахты содержат 32 добывающих канала (устья), уходящих к залежам нефти на глубину до 3700 метров ниже уровня моря.

Верхние сооружения Hibernia включают пять основных модулей: производственный (обрабатывающий), модуль с устьями скважин (приустьевой), шламовый, коммунальный и жилое помещение, в котором могут разместиться 185 человек, а также семь верховых конструкций: вертолетная площадка, факельная стрела, эстакада для труб, основная и вспомогательная спасательные станции, два буровых модуля. 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 весом в 450 000 тонн укреплена на дне. Нефть, хранящаяся в недрах подводного кессонного основания Hibernia, вывозится при помощи системы морской отгрузки, состоящей из подводного трубопровода, подводного буя, гибкого нефтеналивного рукава и регулярно курсирующих грузовых нефтяных танкеров. Пункт загрузки

Рисунок 2 – Hibernia

танкеров для обеспечения дополнительной безопасности расположен в двух километрах от платформы. Hibernia обслуживают три 127 000-тонных танкера – Kometik, Vinland и Mattea, грузовместимостью 850 000 тонн каждый.

2. ТИПЫ СТАЦИОНАРНЫХ ПЛАТФОРМ