книги / Морская нефть. Развитие технических средств для освоения морских арктических месторождений нефти и газа. Переработка продукции скважин
.pdfПлатформа «Аляскин Стар» входила в серию платформ класса «Пейссеттер» проект, который выбрала в начале 70-х гг. фирма «Вестерн океаник». По этому проекту были построены наряду с «Аляскин Стар» установки «Вестерн пейссетгер I», «Вестерн пейссеттер II», «Вестерн пейссеттер III».
Изменения и модификации, вносимые в проект при строительстве каж дой из новых платформ, были незначительными. Высокие качества базового варианта подтверждались тем, что этот проект был использован и другими фирмами. Условия, в которых работали платформы, с каждым годом услож нялись, что приводило к внедрению более жестких правил, предъявляемых
ктехническим средствам, используемым при разведке новых месторождений
всеверных и арктических условиях.
|
Рисунок 1А — Схема размещения оборудования |
|
на буровой платформе «Аляскин Стар»: |
I — |
пульт управления двигателями; 2 — площадка для генератора; 3 — жилые помещения; |
4 — |
бак для бурового раствора; 5 — площадка для буровых насосов; 6 — склад сыпучих |
материалов (в мешках); 7 — склад цемента; 8 — помещение для обработки бурового раствора;
9 — |
зона размещения оборудования для испытания скважины; |
1 0 — центр скважины; |
|
I I — |
зоны расположения нижнего яруса; 1 2 — |
пульт управления противовыбросовыми |
|
устройствами; 1 3 — склад инструментов для |
бурения; 1 4 — |
сварочная мастерская; |
|
|
15 — механическая мастерская |
|
По мнению специалистов, новые требования должны были быть следую щими: платформа должна обладать большой грузоподъемностью для обеспе чения технологического процесса долговременным запасом расходных мате
риалов; на ней должна быть смонтирована площадка для вертолетов большой грузоподъемности, которые, совершая между платформой и береговой базой небольшое число рейсов, будут доставлять не только людей, но и, в случае необходимости, требующиеся материалы; платформа должна быть снабжена полным комплектом современного оборудования, обеспечивающего безопас ность работ, противопожарную защиту, а также предотвращающего загряз нение окружающей среды в процессе бурения; жилищно-бытовые условия персонала, работающего на платформе, должны отвечать всем современным требованиям, поскольку эго в определенной степени компенсирует влияние тяжелых условий работы на производительность труда.
При разработке проекта последней платформы серии «Пейссеггер», пред назначенной для работы в Арктике, были учтены все указанные требования. Платформа «Вестерн пейссеггер IV» была заказана фирмой «Вестерн Океа нию). По проекту, выполненному фирмой «Фрид энд Голдман», строительство платформы осуществила фирма «Фар Ист Левингстон».
Платформа могла работать на глубинах моря до 450 м при скорости ветра 140 км/ч и высоте волны до 15 м. В этих условиях рабочая осадка соору жения, переменная нагрузка на палубу которого равна 4 тыс. т, составляла 20 м. При скорости ветра 185 км/ч и высоте волны 15 м платформа должна была находиться в состоянии отстоя, осадка в этом случае составляла 15 м (переменная нагрузка на палубу 3,5 тыс. т). Максимальная глубина бурения с платформы составляла 9 тыс. м.
Основные размеры платформы «Вестерн пейссеггер IV» совпадали
сразмерами ранее выпущенных платформ серии «Пейссеггер». Главным от личием являлся диаметр четырех угловых колонн, который в данном случае составлял 1158 см (диаметр колонн первых платформ этой серии был равен 975 см), диаметр двух центральных колонн 1067 см. Увеличение диаметра колонн способствовало значительному улучшению рабочих характеристик и остойчивости платформы, что позволяло увеличить переменную нагрузку на палубу сооружения.
Взоне рабочей осадки угловые кессоны имели дополнительные порожние отсеки с водонепроницаемыми перегородками, расположенные по окруж ности. Примерно так же были разделены внутри центральные колонны. Это способствовало повышению остойчивости платформы в случае столкновения
ссудном или при повреждениях в результате ледовых воздействий. Увеличение размеров нижних понтонов платформы позволило улучшить
мореходные характеристики сооружения и амортизацию возможных сме щений при бурении. Внутри нижних понтонов имелся проход из кормового машинного отделения к лифту и в насосную, расположенную в средней части платформы. На лифте, размещенном в центральной колонне, можно было
поднять все оборудование, смонтированное в нижних понтонах. Внутренние проходы во все отсеки нижних понтонов позволяли проводить инспекционные осмотры и ремонт, не прекращая бурения и без вмешательства водолазов.
Для обеспечения максимальной производительности и высокой надеж ности работы платформы в условиях севера установка снабжалась двумя 16-цилиндровыми и двумя 12-цилиндровыми генераторами ЕМД общей мощностью 550 кВт. Аварийное энергопитание обеспечивалось дизелем мощностью 500 кВт.
Платформа приводилась в движение двумя гребными винтами «Корт» с мощностью на валу 2240 кВт; винты размещались в нижних понтонах. Скорость движения платформы была более 11 км/ч.
Система крепления платформы на точке предназначалась для использова ния на глубинах моря до 460 м при скорости течения до 5,6 км/ч. В систему входили восемь якорей массой 18 т каждый, цепь толщиной 76 мм с номи нальным разрывным усилием 5985 кН и лебедки фирмы «Скагит» с тяговым усилием, превышающим 2225 кН.
Для блока превенторов на платформе, устанавливалось компенсационное устройство. Аналогичное устройство, использованное на платформе «Аляскин Стар», давало возможность вести бурение при бортовых и килевых качках, в то время как остальные платформы, работающие в этом районе, прекращали работу в ожидании благоприятной погоды.
Весь буровой отсек с соответствующими службами защищался от ветра и был утеплен с помощью нагревателей. Для предотвращения обледенения трубопроводов монтировалась система парообогрева.
Жилые помещения (в основном двухместные каюты) на платформе были рассчитаны на 90 чел. На борту имелся лазарет на 6 чел. Вышка и подвышечное основание имели размеры 48 * 16 м, нагрузка на крюке 445 кН, нагрузка на подсвечник 267 кН. Лебедки Ц-3 фирмы «Континентал Эмско», тип II, мощность 2250 кВт, тормозное устройство фирмы «Элмаго», модель 7820. Ро тор фирмы «Континентал Эмско» диаметром 1257 мм с приводом от электро двигателя постоянного тока мощностью 670 кВт. Буровые насосы — два насоса ФБ фирмы «Континентал Эмско», трехцилиндровые, одностороннего действия, диаметр поршня 178 мм, длина хода 305 мм с приводами от двух электродвигателей мощностью 670 кВт каждый (ток постоянный). Превен торы фирмы «Шеффер», имеющие проходное отверстие диаметром 476 мм и устойчивые к H2S: два двухплашечных гидравлических и два сферических превентора, рассчитанные на рабочее давление 70 и 35 МПа соответственно. Стояк диаметром 533 мм фирмы «Риган», состоящий из 30 секций типа ФЦ-8 размерами 533 мм х 15,24 м в комплекте с двумя линиями (выкидной и лини ей тушения) с внутренним диаметром 76 мм (рабочее давление 105 МПа)
и одного телескопического соединения типа ФЦ-8 (диаметр 533 мм, ход 16,76 м). Компенсатор «Ракер Шеффер», модель 25/600 с номинальной на грузкой на крюке 2670 кН, ход 7,6 м. Отклонители: комплект отклонителей типа КФДС фирмы «Риган» для стола ротора диаметром 1257 мм (рабочее давление 35 МПа). Натяжные устройства: четыре двойных натяжных уст ройства фирмы «Ракер Шеффер» для стояка (максимальное натяжение 356 кН) и шесть натяжных устройств для направляющих (максимальное на тяжение 71 кН). Обвязка выкидной линии и линии глушения: две задвижки
сручным приводом фирмы «Демко» (двухпозиционная и с регулируемым, проходным сечением) могли работать в сероводородной среде: рабочее дав ление— 170 МПа. Глиномешалки: два смесителя фирмы «Мишн Магнус», размеры 2,4 х 1,8 х 4,3 м; мощность 75 кВт. Загрузка глинопорошка осущест влялась двумя агрегатами фирмы «Мишн Магнус», размеры 2,4 х 1,8 х 3,8 м, мощность 75 кВт. Грязеотделитель— установка СЕ-18 фирмы «Брандт»
с18 конусами диаметром 10,2 см. Пескоотделитель — установка СР-3 фирмы «Брандт» с тремя конусами диаметром 30,5см. Шламоотделитель — установ ка фирмы «Брандт» производительностью 8 тыс. л/мин, состоящая из трех последовательно расположенных сит. Бурильные трубы: 4100 м труб марки «Е»; 3050 м труб марки «G» и 750 м труб марки «S» с наружным диаметром 127 мм и 280 м УБТ с наружным диаметром 165 мм. Машинные ключи для бурильных труб гидравлические, фирмы «Лэмб». Оборудование фирмы «Мэ тью» для спуска в скважину инструментов на канатной проволоке; крановое оборудование для бурильных труб фирмы «Лэмб».
На платформе можно было разместить следующие расходные материалы:
Топливо, м3 |
1500 |
Техническая вода, м3 |
2800 |
Питьевая вода, м3 |
250 |
Буровой раствор, м3 |
280 |
Сыпучие грузы, м3 |
280 |
Цемент, т |
340 |
Трубы, т . |
1020 |
Площадь стеллажей для груб, м2 |
585 |
В 1979 г для круглогодичной эксплуатации в море Бофорта при глубине до 75 м. была спроектирована буровая и эксплуатационная платформа для Арктики.
Моноконусный добывающий комплекс состоял из трех основных частей: основания тороидальной формы, средней части в форме бутылки и съем ной палубы, поднимаемой на домкратах (рис. 1.5). Изготовление и сборка
отдельных узлов платформы производились в южной части моря Бофорта, чтобы снизить до минимума ледовые нагрузки во время строительства. Новая конструкция отличалась от предыдущих аналогичных комплексов средней частью, которая могла отсоединяться от основания, чтобы избежать столкно вения с айсбергами. Ледовый покров контактировал с вертикальным стволом, а не с конусом.
Рисунок 1.5 — Схема одн оопор ной установки для круглогодичной работы в Арктике: 1 — баржи, образующие палубу; 2 — сваи
Основание платформы устанавливалось на сваях, либо просто являлось массивным фундаментом гравитационного типа, в зависимости от донного грунта.
С платформы предполагалось вести кустовое бурение скважин, которые заканчиваются с помощью подводного устьевого оборудования. С этой плат формы могло быть пробурено до 40 скважин с расстоянием между центрами в 1,8 м, причем при бурении всех скважин отклонение морского стояка от вертикали не превышало 1°.
Монтаж этой платформы предполагалось проводить в две стадии. Сначала к месту размещения буксировались и затоплялись две нижние секции. Затем монтировалась палубная секция путем крепления вокруг вертикального ствола двух барж, которые и образовывали палубу. Далее монтировались домкраты и палубная секция поднималась на заданную высоту.
Наличие в течение более чем полугода в море паковых льдов и айсбергов, масса которых могла достигать до 50 млн т, существенно затрудняло разра
ботку находящихся у полуострова Лабрадор нефтяных и газовых месторож дений. В 1980 г. для решения такой проблемы предполагалось осуществление следующего проекта.
Системы эксплуатации месторождений у берегов Лабрадора имели отли чие от систем, применяемых в Северном море и других районах. Так, если волновые условия здесь аналогичны волновым условиям Северного моря, то наличие паковых льдов и айсбергов требовало создания специальной системы эксплуатации, учитывающей местные конкретные условия.
Разведочные работы у берегов полуострова Лабрадор велись на глубине 100-300 м. Установленное в этом районе стационарное сооружение шириной 100 м ежегодно испытывает от 0,5 до 3 столкновений (в среднем) с айсберга ми, в зависимости от конкретного расположения этого сооружения. Айсберги большой массы имеют подводную часть, которая способна на глубине более 300 м оставлять в донном грунте борозды глубиной от 1 до 6 м.
При разработке проекта предполагалось рассматривать шесть возможных систем эксплуатации:
1.Искусственный остров или стационарное сооружение на придонной на сыпи.
2.Стационарная бетонная или стальная платформа.
3.Кессонная платформа, оборудованная ледокольным устройством типа, предложенного в системе «ДИПОСПАР».
4.Полностью подводная эксплуатационная система.
5.Система многофазного трубопроводного транспорта добываемой продук ции к берегу в районы, защищенные от прохода айсбергов.
6.Разработка с помощью подводных выработок с доступом в эти выработки через туннели.
По предварительным исследованиям часть из вышеприведенных систем могла эксплуатироваться в среднем 5-10 лет, а длительный период време ни (10-25 лет) могла прослужить кессонная платформа (плавучая система, рис. 1.6), искусственный остров и трубопроводный транспорт.
Фирмами КФП, ИФП и «Эльф-Аквитан» было рассмотрено использова ние кессонной платформы, оборудованной ледорезным устройством. Иссле дования показали, что в свободное ото льда время года имелась возможность использовать эксплуатационную платформу с динамическим позициониро ванием положения, несколько танкеров для транспортирования добываемой нефти и соответствующее подводное оборудование для добычи нефти, управления процессом добычи и доставки продукции на поверхность. С на ступлением ледового сезона скважины закрывались и все поверхностные суда (включая эксплуатационную платформу) отводились в защищенную гавань.
Рисунок 1.6 — Сезонная схема разработки нефтяных м есторож дений у берегов Лабрадора
Круглогодичная эксплуатационная система (рис. 1.7) состояла из следую щих основных узлов.
Устьевое оборудование и манифольдные переключатели монтировались в выемке на дне моря достаточно глубоко для избежания повреждения про ходящими айсбергами.
Сменный гибкий отходящий от устья скважины трубопровод типа «Кофлексип» укладывался на дно и сменялся по мере надобности.
Эксплуатационная платформа с динамическим позиционированием поло жения типа «ДИПОСПАР», оборудовалась ледокольным устройством.
Стояк обеспечивался устройством быстрого разъема для обеспечения его ускоренного подъема в случае прохождения айсберга.
Передвижное хранилище «ДИПОСПАР», оборудовалось ледокольным устройством.
Применялось несколько танкеров ледокольного типа для транспортирова ния добываемой продукции из хранилища «ДИПОСПАР».
Вместо хранилища и танкеров мог использоваться трубопровод для транспортирования продукции к берегу, что возможно, если глубина моря составляла 140 м и более.
Устьевое оборудование, манифольдные переключатели, выкидные трубо проводы и стояк были рассчитаны на круглогодичное применение. Система
«ДИПОСПАР» (установлено исследованиями ее характеристик) могла с ус пехом применяться в сезон, свободный ото льда. Эксплуатационные возмож ности этой системы в 1980 г. не были выяснены до конца.
Рисунок 1.7 — Круглогодичная схема разработки месторождений
уберегов Лабрадора:
1— ледокольное устройство; 2 — хранилище с наливным стояком; 3 — танкер; 4 — стояк; 5 — манифольдные переключатели; 6 — выкидные линии; 7 — устьевое оборудование
Втечение зимнего сезона предполагалось использовать устройство для ломки льда. Один или два раза в неделю платформа могла подвергаться давле нию многолетних льдов, массу которых можно сравнить с массой небольших айсбергов.
Ледокольное устройство было не способно справиться с натиском много летних ледяных полей, толщина которых значительно превышала толщину однолетних льдов. Поэтому платформа нуждалась в быстром отсоединении ее в случае продвижения тяжелых льдов и повторного подсоединения после их прохождения. Использование гибкого стояка позволяло производить манев рирование платформы или бурового судна с целью избежания столкновения
снебольшими ледяными массами без отсоединения платформы.
В1974 г. компания «Сан ойл» (в 1980 г. «Санкор») из Калгари (провинция Альберта, Канада), достигла соглашения с компанией «Седко» на строительст во специального полупогружного бурового судна, оборудованного ледоколь
ным устройством. Этой компанией была начата разработка проекта такого судна и определение его практической применимости для круглогодичного разведочного бурения на территории бассейна «Свердруп» в канадской Арк тике. Предполагалось также провести оценку затрат на строительство одного такого судна с целью выявления основы для дальнейших экономических расчетов. Испытания ледокольного устройства проводились фирмой «СиЛог» на заводе в Пасадене, штат Калифорния, а также в условиях канадской Арктики. Проектирование и строительство ледокольного устройства были выполнены компанией «Эрлоджистикс» из Пасадены, дочерним филиалом которой являлась фирма «Си-Лог».
Круглогодичная система эксплуатации ледокольного устройства могла быть практически применена примерно на двух третях протяженности бере гов полуострова Лабрадор, где глубина моря превышает 140-150 м.
Из всех возможных проектов стационарных сооружений наиболее при влекательно выглядело создание искусственного острова. Однако намывка такого острова даже на глубинах 100-150 м занимала много времени. Поэто му наиболее целесообразным являлся проект, в котором предполагалось на намытую под водой насыпь устанавливать стационарную платформу грави тационного типа (рис. 1.8).
Рисунок 1.8 — Гравитационная платформа на подводной насыпи:
1 — блочное оборудование; 2 — |
палуба; 3 — резервуары; 4 — балластные отсеки; |
5 — |
намытая масса грунта |
При установке таких платформ транспортирование добываемой продук ции могло осуществляться как по трубопроводам, так и танкерами.
При этом было необходимо решение трех технических проблем.
1.Погружная насыпь должна противостоять воздействию айсбергов в тече ние всего срока эксплуатации месторождения.
2.Гравитационная платформа должна противостоять давлению небольших айсбергов и многолетних ледяных полей.
3.Транспортирование добываемой продукции в большинстве случаев долж но осуществляться танкерами, так как доставка нефти по трубам в шель фовой зоне у полуострова Лабрадор все еще подвергалась сомнению.
Несмотря на эти проблемы, проект строительства 1равитационной плат
формы на подводной насыпи представлял большой интерес, особенно для добычи газа. На той же платформе возможен монтаж установок для сжижения добываемого газа и его обработки. В целом проект мог быть особенно приемле мым для разработки месторождений, залегающих на небольшой глубине. При этом с технологической точки зрения проект менее сложен, чем проект преду сматривающий применение плавучей платформы. Однако продолжительность эксплуатации этой системы могла быть не такой длительной, как других.
Система транспортирования добываемой продукции к берегу по трубам являлась эффективной. Ее основу составляли: 1) подводные устья скважин, объединенные в кусты, причем главный куст имел манифольдную камеру; 2) двойной трубопровод к берегу для обеспечения надежности транспор тирования при ремонте одного из них; 3) береговой комплекс по обработке добываемой продукции, причалы для танкеров с целью дальнейшего ее транспортирования на побережье полуострова Лабрадор или прибрежный остров; 4) судно для обеспечения круглогодичного контроля работы устьевого оборудования (в случае необходимости должна быть возможность перекры тия одной или нескольких скважин). Когда море свободно от льда, должен проводиться ремонт и техническое обслуживание всего оборудования.
Устьевое оборудование, манифольдные переключатели и отводящие тру бопроводы должны были размещаться в естественных или искусственных выемках на дне моря для предотвращения возможности повреждения их айсбергами. Предполагалось также использовать отсекающие клапаны для перекрытия скважин в случае возникновения аварийной ситуации. Подводное оборудование системы должно было контролироваться с поверхности.
Окружающие условия у берегов полуострова Лабрадор обусловливали необходимость применения методов проектирования, монтажа, эксплуата ции и ремонта трубопроводов, значительно отличающихся от применяемых в Северном море. Особенно важно было учитывать опасность прохождения айсбергов. Для предотвращения разрушения айсбергами трубопроводы необходимо заглублять больше. Необходимо было также учитывать, специ фические грунтовые условия дна моря у берегов Лабрадора и наличие здесь ледяных полей в течение шести месяцев в году.
В районах, где проходят айсберги, трубопроводы необходимо заглублять по меньшей мере на 7 м. Эта величина была получена на основе расчета