Как устанавливаются нефтяные платформы
Что такое нефтяная вышка
Благополучие сегодняшнего мира и человеческой цивилизации на данном этапе ее развития строится на повсеместном использовании топливных ресурсов. Это, в первую очередь, нефть, которая является не только относительно дешевым источником энергии, но и применяется во многих отраслях промышленного производства. Не менее значимым энергетическим ресурсом выступает и природный газ.
Активная разработка данных видов полезных ископаемых началась только в XIX столетии. Она стала следствием научно-технической революции, проходящей в развитых странах в это время. Традиционные источники энергии, которыми являлись уголь, дрова, а также водяной пар, уже не могли удовлетворить растущую гигантскими темпами промышленность. Нефть же стала на долгие годы неким фундаментом научно-технического прогресса человека.
В наше время этот ресурс добывать стало заметно сложнее, поскольку большинство легкодоступных месторождений уже исчерпаны. Если посмотреть на карту, то нефтяные вышки расположены крайне компактно в обособленных районах. Однако государства и крупные компании разрабатывают и внедряют новые технологии и методы нефтедобычи. Особенно перспективно в этом плане выглядит разработка месторождений морского шельфа. Для этого используются специальные добывающие комплексы – морские нефтяные платформы, речь о которых и пойдет в статье далее.
Что такое нефтяная вышка
Базовым методом добычи ресурсов месторождения является сооружение и использование специальной нефтяной вышки, которая представляет собой особую конструкцию, выполненную, как правило, из профильного стального проката.
Монтируется она над скважиной. В устройство вышки может устанавливаться как буровое оборудование для ее обустройства, так и агрегаты для откачки нефти. Таким образом, условно можно разделить эти сооружения на буровые и нефтедобывающие (в зависимости от их назначения).
По типу конструкции выделяют мачтовые и башенные вышки.
Такие сооружения возводятся из нескольких отдельных секций, являющих собой решетчатые фермы. Между собой они крепятся при помощи фланцевых соединений.
Особенностью данной конструкции являются «ноги» вышки, которые сами по себе состоят из 4 отдельных элементов, связанных между собой. Кстати, именно такого типа конструкции используются в популярной игре «Клондайк».
Это более простая конструкция (по сравнению с мачтовой). Она состоит лишь из 4 «ног», которые соединены меду собой и крепятся на специальное основание. Данная конструкция, изначально применявшаяся повсеместно, используется не так часто по причине более низкой надежности, однако отличается дешевизной и простотой монтажа. Нефтяные вышки в России такого типа применяются на шельфе Каспийского моря.
Кроме этого, следует отметить, что вышки бывают наземными и морскими. В последнем случае они выступают в качестве составного элемента более масштабного сооружения – нефтяной платформы.
Устройство нефтяной платформы
Платформы, которые возводятся для добычи углеводородных полезных ископаемых с морского шельфа, являют собой сложные и грандиозные конструкции, состоящие из нескольких частей.
Основой сооружения является корпус, на котором расположены иные элементы данного капитального объекта. По своей сути он представляет собой немаленьких размеров понтон, который имеет, как правило, прямоугольную форму.
Чтобы корпус платформы держался на поверхности воды и не тонул, его поддерживают специальные колонны. Они заполнены атмосферным воздухом и имеют значительное водоизмещение.
Чтобы платформа была стационарной и не испытывала воздействие морских течений, используется специальная якорная система. Она представляет собой стальные тросы, которые крепятся с одной стороны к лебедкам, расположенным на платформе, а другой – к якорям, находящимся на дне моря. Здесь следует отметить, что надежности данного элемента уделяется повышенное внимание. Так, толщина только одних тросов составляет около 8 см в диаметре.
Следующим элементом нефтяной платформы является буровая палуба, которая закреплена на ее корпусе. К прочности материалов, из которых она изготавливается, также предъявляются повышенные требования. Это и неудивительно, поскольку буровая платформа должна выдерживать колоссальные нагрузки, связанные с размещением на ее поверхности буровых и нефтедобывающих установок.
Основным же конструкционным элементом нефтяной платформы является вышка, о назначении которой было рассказано выше. Здесь же следует отметить, что высота мачты может достигать десятков метров.
Нефтяная платформа – дорогостоящее и технически сложное инженерное сооружение. В этой связи крупные компании организуют охрану буровых вышек, чтобы защитить их от возможных посягательств и диверсий.
Стадии строительства
Нефтяная платформа являет собой сборную конструкцию, поэтому возводится поэтапно. Так, сначала в зону, где планируется нефтедобыча, доставляют ее корпус и основание, которое несколько подтапливается и закрепляется на дне при помощи якорной системы. После этого начинают возведение остальных надстроек. К ним относятся буровая платформа и вышки, вертолетные площадки, технические отсеки и прочее.
Раньше строительство платформы заключалось во вбивании в дно свай, к которым крепились отдельные элементы конструкции. Но в условиях разработки месторождений нефти на арктическом шельфе, что предполагает работу на больших глубинах и неустойчивых грунтах, стали создавать кессонные основания, заполненные песком. Таким образом, нефтедобывающие платформы в северных широтах являют собой искусственные насыпи и острова.
Принцип работы
Нефтяные месторождения в море ищут при помощи методов так называемой сейсмической разведки, в основе которой лежит оценка частоты отраженных звуковых волн.
Когда месторождение разведано, а геологи предоставили данные относительно его запасов, нефтяники начинают процесс бурения. Оно отличается повышенной сложностью по сравнению с тем, что происходит на поверхности земли, поскольку толща морской воды создает дополнительное механическое сопротивление. После окончания бурения устанавливается оборудование для откачки нефти и ее добычи. По мере исчерпания запасов в отдельных пластах могут проводиться дополнительные бурильные работы на месторождении.
Типы морских платформ
В зависимости от назначения и функциональности нефтедобывающих платформ выделяют следующие их типы:
Наиболее распространенный вид нефтегазового оборудования, который позволяет как проводить бурильные работы, так и добывать природные ископаемые с морского дна глубиной от 15 до 500 м.
Представляет собой нефтеплатформу, которую, при необходимости, можно легко переместить в другое место.
Используется для нефтеразведки.
Специальный вид нефтегазового оборудования, которое являет собой буровую установку, закрепленную на колоннах в толще воды. Используется в геологоразведке.
Многофункциональный инженерный комплекс, который может быть использован для добычи, хранения и транспортировки нефти.
Технологии морской нефтегазодобычи
Добыча нефти и газа с морского дна – сложное и дорогостоящее предприятие. Для повышения его эффективности и сокращения издержек инженеры разработали несколько методов нефтегазодобычи с шельфа, которые используются по всему миру. Их применение зависит непосредственно от глубины, с которой планируется разработка месторождения. Выделяют несколько таких технологий:
Если глубина моря, где находится скважина, составляет более 200 м, то добычу осуществляют буровые суда при помощи гибких трубопроводов.
Как добывают нефть в море: как создаётся и работает морская нефтяная платформа
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.
Отгрузка добытой нефти на танкер
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:
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.
Нефтяная платформа
Нефтяная платформа — сложный инженерный комплекс, предназначенный для бурения скважин и добычи углеводородного сырья, залегающего под дном моря, океана либо иного водного пространства.
В СССР проектированием нефтяных платформ и других компонентов морской нефте- и газодобычи занималось ЦКБ «Коралл»(г. Севастополь), в настоящее время ЦКБ Коралл входит в состав ООО «Группа Каспийская Энергия», Россия. В России строятся нефтяные платформы на судоверфях Калининграда, Астрахани и Северодвинска.
Каждая буровая установка на платформе (некоторые установки имеют две вышки) имеет 3 смены рабочих, которые работают по 4 часа через 8, заменяя друг друга.
Содержание
История
Первая нефтеплатформа была помещена в прибрежную область штата Луизиана в 1938 г. Она была построена компанией Superior Oil.
Наиболее крупные нефтеплатформы
Самая крупная платформа, добывающая и нефть и газ, платформа Хайберния, расположена в океаническом бассейне им. Жанны д’Арк, в Атлантическом океане близ канадского берега. Её основание гравитационного типа, прикреплённое к морскому дну, охватывает 111 м². Платформа напоминает бетонный остров с зубчатыми краями для противостояния айсбергам.
Крупнейшая в России платформа — Пильтун-Астохская-Б (PAB), расположена на шельфе Охотского моря вблизи восточного побережья острова Сахалин. Данная платформа построена на южнокорейской судоверфи по заказу компании «Сахалинская энергия» для работы на проекте Сахалин-2. Установлена в июле 2007 года. Несмотря на её гигантские размеры и сложные производственные мощности благодаря высокому уровню механизации её экипаж составляет 140 человек.
Платформы в открытом море: теория и практика строительства
История выхода нефтяников в море началась в Баку, на Каспийском море, и близ Санта-Барбары, штат Калифорния, на Тихом океане. Как российские, так и американские нефтяники пытались строить своего рода пирсы, которые уходили в море на несколько сот метров, чтобы начать бурение уже открытых на суше месторождений. Но настоящий прорыв произошел в конце 1940-х годов, когда опять же близ Баку и теперь уже в Мексиканском заливе начались работы в открытом море. Американцы гордятся достижением компании Kerr-McGee, которая в 1947 году пробурила первую промышленную скважину «вне видимости суши», то есть на расстоянии примерно 17 км от берега. Глубина моря была маленькая — всего 6 метров.
Однако знаменитая Книга рекордов Гиннесса первой в мире нефтедобывающей платформой считает знаменитые «Нефтяные камни» (Neft Daslari — азерб.) близ Баку. Сейчас это грандиозный комплекс платформ, который продолжает функционировать с 1949 года. Он состоит из 200 отдельных платформ и оснований и является настоящим городом в открытом море.
В 1950-е годы шло строительство морских платформ, основание которых представляли собой решетчатые башни, сваренные из металлических труб или профилей. Такие конструкции буквально прибивались к морскому дну специальными сваями, что обеспечивало им устойчивость при волнении. Сами конструкции были достаточно «прозрачны» для проходящих волн. Форма такого основания напоминает усеченную пирамиду, в донной части поперечник такой конструкции может быть вдвое шире, чем в верхней, на которой и устанавливается сама буровая платформа.
Существует множество конструкций подобных платформ. Собственные разработки, созданные на основе опыта эксплуатации «Нефтяных камней», были в СССР. Например, в 1976 году была установлена платформа «Имени 28 апреля» на глубине 84 метров. Но все же самой знаменитой платформой такого типа является Cognac в Мексиканском заливе, установленная для компании Shell в 1977 году на глубине 312 метров. Долгое время это был мировой рекорд. Разработка подобных платформ для глубин 300–400 метров ведется и поныне, однако подобные конструкции не могут сопротивляться ледовым атакам, и для решения данной проблемы были созданы специальные ледостойкие конструкции.
В 1967 году на арктическом шельфе Аляски было открыто крупнейшее американское месторождение Прудо-Бей. Потребовалось разработать стационарные платформы, которые бы выдержали ледовую нагрузку. Уже на ранних этапах появились две базовые идеи — создания больших кессонных платформ, а по сути своеобразных искусственных островов, которые бы выдерживали навал льда, либо же платформ на сравнительно тонких ногах, которые бы пропускали лед, разрезая этими ногами его поля. Таким примером является платформа Dolly Varden, прибитая к морскому дну через свои четыре стальные ноги, диаметр каждой из которых чуть больше 5 метров, при том, что расстояние между центрами опор — почти 25 метров. Сваи, которыми крепится платформа, уходят в грунт на глубину около 50 метров.
Примерами кессонной ледостойкой платформы являются платформы «Приразломная» в Печерском море и Molikpaq, она же «Пильтун-Астохская-А» на шельфе острова Сахалин. «Моликпак» разработан и построен для работы в море Бофорта, а в 1998 году она прошла реконструкцию и приступила к работе уже на новом месте. «Моликпак» представляет собой кессон, заполненный песком, который служит балластом, прижимающим дно платформы к поверхности морского дна. По сути дела дно «Моликпака» — огромная присоска, состоящая из нескольких секций. Эта технология была с успехом развита норвежскими инженерами в процессе освоения глубоководных месторождений Северного моря.
Североморская эпопея началась еще в ранние 70-е, однако поначалу нефтяники вполне обходились без экзотических решений — они строили проверенные платформы из трубчатых ферм. Новые решения потребовались при движении на большие глубины. Апофеозом строительства бетонных платформ стала башня Troll A, установленная на глубине 303 метров. Основание платформы представляет собой комплекс железобетонных кессонов, которые присасываются к морскому дну. Из основания растут четыре ноги, которые и поддерживают саму платформу. Общая высота этого сооружения — 472 метра, и это самое высокое сооружение, которое когда-либо перемещали в горизонтальной плоскости. Секрет тут еще в том, что такая платформа передвигается без барж, — ее надо только буксировать.
Определенным аналогом «Тролля» является ледостойкая платформа «Луньская-2», установленная в 2006 году на сахалинском шельфе. Несмотря на то, что глубина моря там всего около 50 метров, она, в отличие от «Тролля», должна сопротивляться ледовым нагрузкам. Разработка платформы и ее строительство велось норвежскими, российскими и финскими специалистами. Ее «сестрой» является однотипная платформа «Беркут», которая установлена на Пильтун-Астохском месторождении. Ее технологический комплекс, построенный компанией Samsung, является крупнейшим в мире сооружением такого рода.
80-е и 90-е годы ХХ века ознаменовались появлением новых конструктивных идей для освоения глубоководных месторождений нефти. При этом формально нефтяники, пересекая 200-метровую глубину, вышли за пределы шельфа и стали спускаться глубже по материковому склону. Циклопические конструкции, которые должны были стоять на морском дне, приближаются к пределу возможного. И новое решение предложили вновь в компании Kerr-McGee — построить плавучую платформу в форме навигационной вехи.
Идея до гениальности проста. Строится цилиндр большого диаметра, герметичный и очень длинный. В нижней части цилиндра размещается груз из материала, который имеет удельный вес больше, чем у воды, — например, песок. В результате получается поплавок с центром тяжести далеко ниже уровня воды. За свою нижнюю часть платформа типа Spar крепится тросами к донным анкерам — специальным якорям, которые ввинчены в морское дно. Первая платформа такого типа под названием Neptune была построена в Мексиканском заливе в 1996 году на глубине 590 метров. Длина конструкции более 230 метров при диаметре 22 метра. На сегодняшний день самой глубоководной платформой такого типа является установка Perdido, работающая на компанию Shell, в Мексиканском заливе на глубине 2450 метров.
Освоение морских месторождений требует все новых и новых разработок и технологий не только в собственно строительстве платформ, но и по части обслуживающей их инфраструктуры — такой как трубопроводы, например, которые должны обладать особенными свойствами для работы в морских условиях. Этот процесс идет во всех развитых странах, которые занимаются выпуском соответствующей продукции. В России, например, уральские трубники из ЧТПЗ активно развивают производство трубной продукции, специально ориентированной для эксплуатации на шельфе и в сложных условиях Арктики. В начале марта были представлены новые разработки — такие, как трубы большого диаметра для райзеров (водоотделяющих колонн, связывающих платформу с подводным оборудованием) и прочих конструкций, требующих стойкости в условиях Арктики. Работы ускоряет необходимость в импортозамещении — от российских компаний поступает все больше запросов на обсадные трубы и прочее оборудование для обустройства скважин под водой. Технологии не стоят на месте, а значит, и появляются возможности для освоения новых перспективных месторождений.