Что такое нефтяная вышка. Как устроена нефтяная платформа Нефтяные вышки в океане

2018-12-14

Для освоения углеводородных запасов в Арктике необходимы морские нефтедобывающие платформы. В России в основном используют зарубежные плавучие буровые. Они либо куплены, либо были взяты в аренду. Сегодня из-за санкционной политики со стороны США, геополитической и экономической ситуации приобретать новые платформы у западных компаний становится невозможно.

Во времена СССР 100% комплектующих для буровых установок делалось на отечественных предприятиях. С развалом Союза некоторые из них оказались за пределами России, а часть и вовсе прекратила существование.

Но необходимость освоения запасов Арктики заставляет задуматься о состоянии дел в отрасли. В начале двухтысячных годов спроса на морские нефтяные платформы не было. Строительство самоподъемной установки «Арктическая», которую заложили в 1995 году и планировали сдать в 1998 году, перестали финансировать. Проект удалось завершить в начале нынешнего десятилетия.

Наиболее знаковым из отечественных проектов стала построенная в 2013 году нефтедобывающая платформа «Приразломная», в процессе создания которой промышленные, ресурсные и научно-технические структуры решали поставленные перед ними задачи при поддержке государства.

Другими достижениями российских инженеров стали морские нефтедобывающие платформы «Беркут» и «Орлан». Их отличает способность выдерживать низкие температуры и жесткие сейсмические колебания. На судоверфи в Астрахани в 2014 году сдали ледостойкую платформу для того, чтобы добывать на Каспии.

Дорогое удовольствие

Разработка и изготовление современной нефтяной платформы - процесс, который по сложности вполне сопоставим с космическими проектами. Стоимость плавучих буровых платформ начинается от отметки $0,5–1 млрд, при этом страхование объектов составляет 2% от стоимости имущества. Аренда обходится в сотни тысяч долларов ежесуточно. Такие суммы приходится тратить из‑за того, что нет отечественных аналогов.

На сегодняшний день российским заводам удалось освоить создание оснований нефтяных платформ и самостоятельную сборку оставшихся элементов из иностранных компонентов. Жилые модули, буровые комплексы, устройства отгрузки, энергетические системы и другие крупногабаритные элементы приобретаются за границей.

Эксперты отмечают, что существенной проблемой является и недостаточно развитая транспортная инфраструктура. Доставка стройматериалов и оборудования на производственные площадки в Арктике и на Дальнем Востоке, где планируются основные проекты, требует существенных расходов. Доступ есть только к Азовскому, Балтийскому и Каспийскому морям.

Несмотря на активные действия Минэнерго и Минпромторга России в отношении замещения иностранных технологий, отраслевые эксперты признают невозможность замещения даже в отдалённой перспективе иностранных технологий в сфере строительства морских нефтедобывающих платформ в связи с тем, что в нашей стране нет современных технологий для реализации таких проектов. Из-за того что замещенные технологии имеют высокую себестоимость, отечественные заказы реализуются на азиатских судоверфях. Разработка отечественных шельфовых технологий предусмотрена Федеральной целевой программой «Развитие гражданской морской техники», но её реализация пока не началась.

Грандиозные планы

Российские и азиатские судостроительные заводы планируют наращивать выпуск продукции. Согласно прогнозу министерства энергетики, к 2030 году на шельфе России количество морских платформ достигнет 30 единиц. До 2020 года в рамках текущих обязательств должны быть реализованы 100 проектов, направленных на .

Сейчас на российском шельфе работают 15 буровых платформ. Из них - восемь стационарных добычных, рассчитанных на , а также семь мобильных платформ-судов, которые предназначены для бурения скважин. Для мобильных платформ необходимо еще организовать подводную добычу или построить стационарную платформу.

Что такое нефтяная платформа и как она работает

Морская нефтяная платформа состоит из четырёх основных компонентов - корпуса, буровой палубы, якорной системы и буровой вышки. Корпус является понтоном, основание которого поддерживают колонны. Над корпусом находится буровая палуба, выдерживающая груз сотен тонн бурильных труб, а также - несколько грузоподъемных кранов и вертолетная площадка. Над буровой палубой возвышается буровая вышка, задачей которой является опускать к забою, а затем поднимать бур. В море всю конструкцию с помощью стальных швартовых тросов удерживает на месте якорная система.

В море начинается после проведения сейсмической разведки специальными кораблями, водоизмещением до 3 тыс. тонн. Такие суда разматывают за собой сейсмические косы, на которых расположены приемные устройства для создания акустических волн с помощью источника колебаний. Ударные волны отражаются от пластов земли и, возвращаясь к поверхности, улавливаются приборами на судне. На основе полученных данных создают двухмерные и трехмерными сейсмические карты с морскими запасами нефти.

После разведки начинается процесс бурения. По завершении процесса сверления бур вынимается для запечатывания скважины, чтобы нефть не вытекала в море. Для этого на дно опускают противовыбросовое оборудование высотой 15 м и весом 27 т, благодаря которому ни одно вещество не покинет скважину. Оно способно за 15 секунд перекрыть нефтяной поток.

Когда нефть найдена, то специальная установка для добычи, хранения и отгрузки нефти выкачает нефть со дна моря и отправит ее на нефтеперерабатывающие заводы на берегу. Нужно отметить, что нефтедобывающая платформа может стоять на якоре десятилетиями.

Семь российских гигантов

Из семи буровых платформ-судов в России пять принадлежат компании «Газфлот», дочерней структуре «Газпрома». Еще две - находятся в собственности «Арктикморнефтегазразведки» (входит в структуру «Зарубежнефти»), они выполняют заказы на бурение. Больше всего стационарных платформ находится на сахалинском шельфе: «Моликпак», «Пильтун-Астохская-Б» и «Лунская-А», которые использует «Газпром». Платформы «Беркут» и «Орлан» находятся на проекте «Роснефти» «Сахалин-1». Ещё две - каспийская ЛСП-2 и D-6 работают на Кравцовском месторождении Балтийского моря - принадлежат «ЛУКОЙЛу». И, наконец, платформа «Приразломная», компании «Газпром нефть», расположена в Печорском море.

Верхняя часть большинства российских платформ, которые осуществляют систему управления и контроля бурения, сделана за рубежом. Например, верхнее строение платформы «Беркут» на месторождении Аруктун-Даги в проекте «Сахалин-1» построено в Республике Корея компанией Samsung Heavy Industries. Платформа «Орлан» на месторождении Чайво собрана в Японии и поставлена на основание, изготовленное в России. Платформа «Приразломная» представляет собой буровой и технический модули, взятые со списанной в Норвегии платформы Hutton и смонтированные с основанием, изготовленным на северодвинском предприятии «Севмаш». Верхние строения платформ «Лунская-А» и «Пильтун-Астохская-Б» также были сделаны в Республике Корея. Платформа «Моликпак» полностью перевезена на Сахалин с канадского шельфа.

По оценкам экспертов, строительство одной платформы при стабильном финансировании занимает от 2 до 4 лет, стоимость строительства одной платформы варьируется от $0,5 до $1 млрд, в зависимости от заявленной мощности добычи. Большую часть заказов на компоненты для буровых платформ получают заводы в Республике Корея. Низкотехнологичные составляющие производят Выборгский судостроительный завод и завод «Звезда». Отечественные судостроительные заводы выполняют заказы для работы на шельфе четырёх российских нефтегазовых компаний, но детали пока не раскрываются.

Санкции против России ударили по США

Если в России не хватает морских платформ, особенно для работы в Арктике, то за рубежом в последние три года сложилась обратная ситуация. Платформы остаются без контрактов на подводные буровые работы.

Среди основных причин отраслевые эксперты называют нестабильность цен на нефть и ограничение возможностей участия в проектах на российском шельфе, что опять‑таки происходит из‑за западных санкций, направленных прежде всего на российскую нефтедобывающую отрасль. Здесь основной упор сделан на добычу углеводородов на российском шельфе. Однако этот удар рикошетом затронул и американские компании, занимающиеся морским бурением и производством оборудования. В результате благодаря запретам своего правительства они лишились запланированных ими долгосрочных контрактов в России.

В водах Северо-Западной Европы количество действующих морских буровых платформ, например в 2017 году сократилось на 20 единиц. В связи с тем, что большинство из них спроектировано для жёстких природно-климатических условий эксплуатации в северных морях Европы, они не могут рассчитывать на применение в других, более теплых, районах. А санкции США не позволяют использовать их на российском шельфе. В результате буровые платформы консервируются в ожидании того, когда ситуация изменится в лучшую сторону.

Рынок глубоководного бурения штормит

Инвестиции добывающих компаний в подводное бурение динамично росли после финансового кризиса 2008–2009 годов. При этом, согласно исследованиям GBI Research, на протяжении 2010–2015 годов они должны были ежегодно увеличиваться в среднем на 6,6% и в итоге достигнуть $490 миллиардов. Большую часть этих средств предполагалось направить на освоение глубоководных зон - в акватории Мексиканского залива, у побережья Бразилии, Западной Африки, а также ряда стран Азиатско-Тихоокеанского региона.

Крупнейшие западные нефтегазовые компании планировали строительство морских платформ в значительных количествах. Однако в результате ценового кризиса на рынке энергоносителей летом 2014 года произошло снижение финансирования программ морского бурения и, как следствие, эти планы были свёрнуты, причём быстрыми темпами. Если в 2010 году в мире работало 389 морских буровых установок, и к 2013 году в результате планомерного увеличения их количество составило 459 ед., то в 2014 году, вместо запланированного роста, оно сократилось до 453 единиц.

Эксперты прогнозировали частичное замораживание профильных инвестиционных программ, отсрочку ввода в строй новых морских буровых. Тем не менее к 2017 году число действующих морских буровых установок увеличилось до 497 единиц.

Предложения превысили спрос

В результате роста действующих морских буровых установок предложение на этом рынке продолжает существенно превышать спрос. В 2016 году велось строительство 184 новых платформ различных типов, а в 2017 году - 160 ед. этой техники. Согласно оценкам отраслевых экспертов, в ближайшее время отсутствие спроса и увеличение предложений будет ещё больше за счёт ввода в строй новых платформ, заказанных в период с 2011 года по 2013 год.

В этой связи операторы стремятся перенести сроки приёма новых 22 плавучих и 73 самоподъёмных буровых установок на 2019 год. В сложившейся ситуации, по мнению аналитиков, из этого количества только лишь 10 буровых смогут получить контракты сразу же после ввода в строй.

Картина усугубляется еще и тем, что процесс списания морских буровых установок, отслуживших свой срок, идёт недостаточными темпами для того, чтобы компенсировать появление на рынке нового оборудования. В результате этого сложилась ситуация, когда не всем хватает контрактов, на которые рассчитывали раньше.

Согласно оценке IHS Petrodata, за два последних года общее количество морских буровых платформ уменьшилось на 9,5%, в то время как число работающих установок за тот же период сократилось на 34% - до 403 единиц.

Безработные платформы

Активный вывод платформ из эксплуатации наблюдался практически во всех основных регионах морской нефтегазодобычи. В последнее время, в период с 2015 года по 2017 год, больше всего морских буровых платформ было сокращено в Латинской Америке - 42 единицы. Это коснулось буровых работ в морях Центральной и Южной Америки, в странах Карибского бассейна и акватории Мексиканского залива. Сокращение затронуло мелких операторов, а десять крупнейших нефтяных компаний, наоборот, только укрепили свои позиции за это время.

На 38 ед. сократилась численность платформ в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Признанный региональный лидер - китайская COSL - сохранила все свои установки, однако фактически задействована едва половина из них.

Разработчики шельфа Западной Африки прекратили буровые работы на 21 морской установке. В секторе Мексиканского залива, где работают компании США, перестали работать 16 буровых платформ. На Ближнем Востоке 13 установок прекратили добычу, из которых восемь были законсервированы на месте.

Ситуация с работой морских платформ в северных морях, предназначенных для использования в суровых природно-климатических условиях, преимущественно на шельфе Северо-Запада Европы, обстоит лучше, чем в других регионах.

Несмотря на резкое снижение со второй половины 2014 года мировых цен на нефть, коэффициент использования этих платформ вплоть до начала 2015 года оставался на уровне 100%. Ссылаясь на высокую себестоимость добычи нефти, операторы, работающие в северных морях, рассчитывали на дополнительные льготы от своих правительств. Кому‑то их удалось получить.

В первой половине 2015 года в норвежском и британском секторах северного шельфа объёмы добычи нефти достигали рекордного уровня. Этого удалось добиться за счёт повышения интенсивности производства наиболее перспективных скважин при сокращении общего количества задействованных в регионе морских платформ. Коэффициент их занятости составил 70%. Зимой 2015–2016 годов, когда цена на нефть достигла $30 за барр., некоторые морские буровые платформы в этом регионе переставали эксплуатировать. В результате к сентябрю 2016 года без работы остались ещё 20 установок. Общий коэффициент их использования опустился ниже 40% и только к июню 2017 года коэффициент загрузки вновь достиг отметки 40%.

Поможет ли списание старых платформ?

В общемировом масштабе сложилась ситуация, когда в России не стало хватать морских платформ на нефтедобывающем шельфе, в основном в арктической его части. В западных странах и в США, наоборот, спрос на них упал, и на рынке часть этих мощностей стала не востребована. Сегодня простаивающие платформы нельзя использовать в России из‑за санкционной политики США, а загрузить их у себя нечем. В итоге владельцы морских платформ несут значительные убытки, потому что стоимость ежедневной аренды морской платформы достигает $100 тысяч.

В сложившейся ситуации надежды на нормализацию положения в основном связаны со списанием имеющихся морских установок. К подобному шагу операторов подталкивает средний возраст полупогружного флота, существенно превосходящий аналогичный показатель буровых судов для глубоководных работ. Однако пока намеченные широкие планы далеки от реализации, общее положение не внушает операторам особого оптимизма.

Наша справка
Надводные платформы
Чтобы добывать нефть под толщей воды, применяются буровые платформы, которые ставятся на плавучие сооружения. В качестве плавательных средств используются понтоны, самоходные баржи. Морские буровые платформы имеют определенные конструктивные особенности, поэтому могут держаться на воде. В зависимости от того, какова глубина залегания месторождения нефти или газа, используются разные буровые установки.
Плавучая платформа
Плавучие платформы устанавливаются на глубину от 2 до 150 м и могут применяться в разных условиях. Плавучая буровая платформа - это выгодное сооружение, так как даже при небольших размерах она может выкачать большой объем нефти или газа, что дает возможность экономить на затратах на транспорт. Такая платформа проводит в море несколько дней, затем возвращается на базу, чтобы опустошить резервуары.
Стационарная платформа
Стационарная морская буровая платформа представляет собой сооружение, которое состоит из верхнего строения и опорного основания. Оно фиксируется в грунте. Конструктивные особенности таких систем разные, поэтому выделяются несколько видов стационарных установок.

Гравитационные - устойчивость этих сооружений обеспечивается собственным весом конструкции и весом принимаемого балласта.

Свайные - обретают устойчивость за счет забитых в грунт свай.

Мачтовые - устойчивость этих конструкций обеспечивается оттяжками или нужным объемом плавучести.

В зависимости от того, на какой глубине ведутся разработки нефти и газа, все стационарные платформы делятся на глубоководные и мелководные платформы.
Самоподъемная платформа
Самоподъемные буровые платформы похожи на буровые баржи, но первые более модернизированные и совершенные. Они поднимаются на мачтах-домкратах, которые опираются на дно. Конструктивно такие установки состоят из 3–5 опор, которые опускаются на дно для проведения буровых работ. Такие конструкции могут ставиться на якорь. Самоподъемная плавучая платформа может работать на глубине до 150 метров. Эти установки возвышаются над поверхностью моря благодаря колоннам, которые опираются на грунт.
Полупогружная установка
Полупогружная нефтяная буровая платформа - одна из популярных буровых установок на море, так как она может эксплуатироваться на глубине свыше 1,5 тыс. метров. Плавучие конструкции могут погружаться на значительную глубину. Установка дополнена вертикальными и наклонными раскосами и колоннами, которые обеспечивают устойчивость всего сооружения. Верхний корпус таких систем - это жилые помещения, которые оборудованы по последнему слову техники и имеют нужные запасы.

Если коротко, то внутри происходят два основных процесса:
отделение газа от жидкости - попадание газа в насос может нарушить его работу. Для этого используются газосепараторы (или газосепаратор-диспергатор, или просто диспергатор, или сдвоенный газосепаратор, или даже сдвоенный газосепаратор-диспергатор). Кроме того, для нормальной работы насоса необходимо отфильтровывать песок и твердые примеси, которые содержатся в жидкости.
подъем жидкости на поверхность - насос состоит из множества крыльчаток или рабочих колес, которые, вращаясь, придают ускорение жидкости.

Как я уже писал, электроцентробежные погружные насосы могут применяться в глубоких и наклонных нефтяных скважинах (и даже в горизонтальных), в сильно обводненных скважинах, в скважинах с йодо-бромистыми водами, с высокой минерализацией пластовых вод, для подъема соляных и кислотных растворов. Кроме того, разработаны и выпускаются электроцентробежные насосы для одновременно-раздельной эксплуатации нескольких горизонтов в одной скважине. Иногда электроцентробежные насосы применяются также для закачки минерализованной пластовой воды в нефтяной пласт с целью поддержания пластового давления.

В сборе УЭЦН выглядит вот так:

После того, как жидкость поднята на поверхность, ее необходимо подготовить для передачи в трубопровод. Поступающая из нефтяных и газовых скважин продукция не представляет собой соответственно чистые нефть и газ. Из скважин вместе с нефтью поступают пластовая вода, попутный (нефтяной) газ, твердые частицы механических примесей (горных пород, затвердевшего цемента).
Пластовая вода – это сильно минерализованная среда с содержанием солей до 300 г/л. Содержание пластовой воды в нефти может достигать 80 %. Минеральная вода вызывает повышенное коррозионное разрушение труб, резервуаров; твердые частицы, поступающие с потоком нефти из скважины, вызывают износ трубопроводов и оборудования. Попутный (нефтяной) газ используется как сырье и топливо. Технически и экономически целесообразно нефть перед подачей в магистральный нефтепровод подвергать специальной подготовке с целью ее обессоливания, обезвоживания, дегазации, удаления твердых частиц.

Вначале нефть попадает на автоматизированные групповые замерные установки (АГЗУ). От каждой скважины по индивидуальному трубопроводу на АГЗУ поступает нефть вместе с газом и пластовой водой. На АГЗУ производят учет точного количества поступающей от каждой скважины нефти, а также первичную сепарацию для частичного отделения пластовой воды, нефтяного газа и механических примесей с направлением отделенного газа по газопроводу на ГПЗ (газоперерабатывающий завод).

Все данные по добыче - суточный дебит, давления и прочее фиксируются операторами в культбудке. Потом эти данные анализируются и учитываются при выборе режима добычи.
Кстати, читатели, кто-нибудь знает почему культбудка так называется?

Далее частично отделенная от воды и примесей нефть отправляется на установку комплексной подготовки нефти (УКПН) для окончательного очищения и поставки в магистральный трубопровод. Однако, в нашем случае, нефть вначале проходит на дожимную насосную станцию (ДНС).

Как правило, ДНС применяются на отдаленных месторождениях. Необходимость применения дожимных насосных станций обусловлена тем, что зачастую на таких месторождениях энергии нефтегазоносного пласта для транспортировки нефтегазовой смеси до УКПН недостаточно.
Дожимные насосные станции выполняют также функции сепарации нефти от газа, очистки газа от капельной жидкости и последующей раздельной транспортировки углеводородов. Нефть при этом перекачивается центробежным насосом, а газ - под давлением сепарации. ДНС различаются по типам в зависимости от способности пропускать сквозь себя различные жидкости. Дожимная насосная станция полного цикла состоит при этом из буферной ёмкости, узла сбора и откачки утечек нефти, собственно насосного блока, а также группы свечей для аварийного сброса газа.

На нефтепромыслах нефть после прохождения групповых замерных установок принимается в буферные ёмкости и после сепарации поступает в буферную ёмкость с целью обеспечить равномерное поступление нефти к перекачивающему насосу.

УКПН представляет собой небольшой завод, где нефть претерпевает окончательную подготовку:

Дегазацию (окончательное отделение газа от нефти)
Обезвоживание (разрушение водонефтяной эмульсии, образующейся при подъеме продукции из скважины и транспорте ее до УКПН)
Обессоливание (удаление солей за счет добавления пресной воды и повторного обезвоживания)
Стабилизацию (удаление легких фракций с целью уменьшения потерь нефти при ее дальнейшей транспортировке)

Для более эффективной подготовки нередко применяют химические, термохимические методы, а также электрообезвоживание и обессоливание.
Подготовленная (товарная) нефть направляется в товарный парк, включающий резервуары различной вместимости: от 1000 м³ до 50000 м³. Далее нефть через головную насосную станцию подается в магистральный нефтепровод и отправляется на переработку. Но об этом мы поговорим в следующем посте:)

В предыдущих выпусках:
Как пробурить свою скважину? Основы бурения на нефть и газ за один пост -

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.

Буровые вышки

Нефть и газ в современном мире являются основным источником энергии, а также незаменимым сырьем для продуктов химической промышленности. Конечно, кроме нефти и газа на Земле есть множество других веществ, но никакой из них не может сравниться по объему добычи с этими углеводородами.

Однако, чтобы добыть их, нужно приложить огромное количество усилий. Ведь в настоящее время нефть не лежит прямо на поверхности, а добывать газ еще сложнее.

Буровые вышки и скважины являются неотъемлемой частью газонефтедобычи. Именно о них пойдет речь в данной работе. Ведь знать их устройство, и совершенствуя их можно значительно повысить эффективность добычи.

Для начала рассмотрим, что же является буровой вышкой и что она из себя представляет.

Буровая вышка - сооружение, являющееся частью буровой установки, часть бурового оборудования.

Буровая установка или буровая - комплекс бурового оборудования и сооружений, предназначенных для бурения скважин. Состав узлов буровой установки, их конструкция определяется назначением скважины, условиями и способом бурения.

1. проведения спуско-подъемных операций (СПО);

2. поддержания бурильной колонны на талевой системе при бурении с разгрузкой;

3. размещения комплекта бурильных труб и утяжеленных бурильных труб (УБТ), извлеченных из скважины;

4. размещения талевой системы;

5. размещения средств механизации СПО, в частности механизмов АСП (может не устанавливаться), платформы верхнего рабочего, устройства экстренной эвакуации верхнего рабочего, вспомогательного оборудования;

6. размещения системы верхнего привода (может не устанавливаться).

Буровая вышка оборудуется маршевыми лестницами, площадкой для обслуживания кронблока и платформой верхового рабочего, которая предназначена для установки бурильных свечей и обеспечивает безопасность при спускоподъёмных операциях.

Виды буровых вышек.

Вышки бывают:

· Башенными

· Мачтовыми (А-образные и П-образные).

А-образные вышки, состоящие из двух опор, удерживаемых в вертикальном положении с помощью подкосов или портального сооружения и канатных оттяжек, более трудоемки в изготовлении и поэтому более дороги.

Они менее устойчивы, но их проще перевозить с места на место и затем монтировать.

Высота буровой вышки зависит от проектной глубины скважины и составляет от 9 до 58 м. Основные технические параметры буровой вышки - высота и грузоподъемность.

Ниже представлены схемы А-образной и башенной вышек:

Мачтовая вышка А-образного типа: 1 - подъемная стойка; 2, 3, 4, 6 - секция мачты; 5 - пожарная лестница; 7 - монтажные козлы для ремонта кронблока; 8 - подкронблочная рама; 9, 10, 14 - растяжки; 11 - оттяжки; 12 - тоннельные лестницы; 13 - балкон; 15 - предохранительный пояс; 16 - маршевые лестницы; 17 - шарнир

Высота вышки определяет длину свечи, которую можно извлечь из скважины и от величины которой зависит продолжительность спускоподъемных операций. Чем больше длина свечи, тем на меньшее число частей необходимо разбирать колонну бурильных труб при смене бурового инструмента. Сокращается и время последующей сборки колонны.

Башенная вышка. Вышка ВМ1-41М: 1-подкос; 2-опорная плита ноги; 3-нога; 4-упорная полка для домкрата; 5-переходная площадка; 6-маршевая лестница; 7-хомут; 8- косынка; 9-пояс; 10-диагональная тяга; 11-балкон; 12-подкронблочная балка; 13- кронблочная площадка; 14-козлы

Поэтому с ростом глубины бурения высота и грузоподъемность вышек увеличиваются. Так, для бурения скважин на глубину от 300 до 500 м используется вышка высотой 16-18 м, глубину от 2000 до 3000 м - высотой 42 м и на глубину от 4000 до 6500 м - высотой 53 м.

Емкость «магазинов» показывает, какая суммарная длина бурильных труб диаметром 114-168 мм может быть размещена в них. Практически вместимость «магазинов» показывает, на какую глубину может быть осуществлено бурение с помощью конкретной вышки.

Размеры верхнего и нижнего оснований характеризуют условия работы буровой бригады с учетом размещения бурового оборудования, бурильного инструмента и средств механизации спускоподъемных операций. Размер верхнего основания вышек составляет 2x2 м или 2,6x2,6 м, нижнего 8x8 м или 10x10 м.

Нижние и верхние секции вышек имеют опорные плиты, которыми они крепятся к основанию при помощи болтов. На плиты верхних секций устанавливают подкронблочную раму. Внизу, в передней со стороны приёмного мостка и в задней гранях выше, имеются ворота высотой 10,5-12 м, состоящие из двух полураскосов. Вышки высотой 41 м оборудуют одним балконом, а высотой 53 м - двумя на внешних гранях вышки, которые служат укрытием для второго помбура во время спуско-подъёмных операций. На балконе устанавливают люльку для работы верхового и пальцы для установки свечей.

По исполнению основных несущих элементов, ног, поясов, вышки можно подразделить на:

· Трубные

· Профильного проката.

Современные конструкции трубных вышек имеют ряд преимуществ перед профильными. В трубных меньше болтовых соединений, они имеют меньшую массу и основные элементы этих выше при перевозке более устойчивы к деформации. Вышки башенного типа представляют собой металлическую сборно-разборную конструкцию в форме усечённой пирамиды. Элементами вышки являются толстостенные трубы, хомуты и профильное железо.

Наибольшее распространение получили трубные вышки типа 2ВБ-53-320.

Условные обозначения:

Возьмем вышку типа ВБА-53-32. Буквы и цифры обозначают: В-вышка, Б - башенная, А - рассчитанная на применение механизмов АСП, 53 - высота в м, 320 - грузоподъёмность на крюке в тоннах.

Мачтовые (А-образные, П-образные) вышки выполняются отдельными секциями, сваренными из труб в виде решётчатых ферм. В сечении фермы имеют вид равнобедренного треугольника (вышки ВМ-40-185БР, ВМА-41-170) или прямоугольника. Каждая нога вышки состоит из 4-ёх секций длиной около 10 м. На концах секций имеются фланцы, соединяемые между собой болтами или специальными быстросъёмными хомутами. Нижние и верхние секции имеют проушину. Верхняя секция соединяется шарнирно с подкронблочной рамой, которая является связующим звеном мачт вышки в верхней части. Кроме этого, мачты верхней части шарнирно соединяются между собой двумя поясами и двумя парами накрест расположенных винтовых стяжек. В нижней части мачты вышек шарнирно соединяются со стойками, расположенными на подвышечном основании.

Устойчивость вышки в вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости ферм, обеспечивается двумя подкосами из труб. В верхней части подкосы шарнирно соединены с мачтами вышки, а в нижней части - с опорами, установленными на основании. Для центрирования вышки в плоскости, перпендикулярной плоскости ферм, опоры могут перемещаться по направляющим при помощи винтов. В плоскости ферм вышку центрируют при помощи винтовых стяжек, расположенных в верхней части мачты. В качестве элемента, поддерживающего вышку в вертикальном положении, в большинстве случаев применяют козлы или поперечную раму (портал).

Портал монтируется на подвышечных основаниях и крепится к мачтам ног вышки с помощью горизонтальных фиксаторов. Он также используется как приспособление для подъёма вышки в вертикальное положение. К мачтам вышки на определённой высоте крепят балкон с двумя люльками для второго помбура и пальцами для установки свечей, или площадку для механизма расстановки свечей АСП и магазины для установки свечей. Одна из ног вышки с внешней стороны от пола буровой до балкона оборудована маршевыми лестницами с переходными площадками, а от балкона до кронблока - лестницами тоннельного типа внутри ферм секций. В некоторых конструкциях вышек с прямоугольным сечением мачт маршевые лестницы и переходные площадки расположены внутри ферм секций. Для предотвращения случайного падения свечей в сторону приёмного поста или лебёдки, на мачтах устанавливают предохранительные пояса.

Вышки мачтового типа по сравнению с башенными имеют ряд преимуществ: им требуется меньше металла на изготовление, они имеют меньшее число деталей, что упрощает и ускоряет сборку и разборку. Открытое пространство между мачтами позволяет удобнее вести вспомогательные работы. По конструктивной схеме и способу монтажа все мачтовые вышки идентичны.

Металлические буровые вышки имеют металлические сварные основания - салазки и могут при благоприятном рельефе местности перевозиться на небольшие расстояния без разборки. Буровое здание перевозят отдельно, если оно смонтировано на полозьях, или совместно с вышкой (при общем основании).

В условиях пересечённой местности вышки разбирают и перевозят по частям. Детали металлических вышек соединяют болтами, что обеспечивает их быструю сборку и разборку. Основными элементами вышек являются цельнотянутые трубы, которые в зависимости от высоты вышки имеют диаметры 112/104 мм, 108/99,5 мм, 102/90 мм.

На изготовление поясов используют уголковую сталь размером 65x65x6 мм и бесшовные трубы диаметром 73/67 мм, а для раскосов - уголковую сталь 50x50x6 мм или гибкие связи. Трубы ног соединяются между собой хомутами, к которым крепятся они и раскосы. Ноги вышки имеют башмаки для соединения вверху с рамой, внизу - с основанием либо фундаментом.

В верхней части вышки расположена площадка кронблока.

Выпускаемые в заводских условиях различные вышки в конструктивном отношении имеют незначительные различия.

Например, вышка ВМР-24/540 имеет шесть типо-размеров. Максимальная нагрузка на кронблок для всех размеров этих вышек 55 т. Размеры по осям опор основания - 6x6 м, по осям опор кронблока - 2х2 м. Основные технические параметры вышек приведены в табл. 22.

В практике буровых работ находят также применение следующие типы вышек: ВУ-18/25, ВМ-18/15, В-26-25, В-26 /50, БМ-32 - с высотой от нижнего основания до оси кронблока, от 18 до 32 м. Наиболее широко используются сборно-разборные вышки типа ВРМ-24/540 и ВМ-18/15.

При установке вышки на новой точке необходимо учитывать преобладающее направление ветра и разворачивать вышку к ветру ребром, а также укреплять её канатными растяжками диаметром 16 мм.

Особые гидрометеорологические условия Арктики потребовали специальных инженерных решений и технологий для освоения Приразломного месторождения. Для реализации проекта была создана морская ледостойкая стационарная платформа (МЛСП) «Приразломная», которая обеспечивает выполнение всех технологических операций: бурение скважин, добычу, хранение, подготовку, отгрузку нефти на танкеры, выработку тепловой и электрической энергии. «Приразломная» - первая в мире стационарная платформа, с которой начали добывать нефть на шельфе Арктики в сложных условиях дрейфующих ледовых полей. В настоящий момент - это единственная платформа, ведущая добычу нефти на российском арктическом шельфе.

Ниже представлена интерактивная 3D-модель платформы «Приразломная», которая дает наглядное представление о том, из каких частей состоит платформа, и каким образом добывается первая российская арктическая нефть в целом.

Платформа создана для работы в экстремальных природно-климатических условиях, отвечает самым жестким требованиям безопасности и способна выдержать максимальные ледовые нагрузки.

Длина и ширина платформы составляют 126 м, высота – 141 м. Платформа надежно удерживается на дне моря за счет своего гравитационного веса, превышающего 500 тысяч тонн, и после установки фактически стала искусственным островом. Ее гравитационная устойчивость и защита от подмыва грунта обеспечиваются также щебне-каменной бермой (ее объем – свыше 45 тысяч кубических метров), отсыпанной по периметру днища платформы. При этом структурно платформа состоит из нескольких частей: кессона, где находится хранилище нефти, промежуточной палубы, вспомогательного модуля, верхнего строения, жилого модуля и двух комплексов устройств прямой отгрузки нефти (КУПОН). На платформе в вахтовом режиме ежедневно работает более 200 человек персонала со сменой вахт через каждые 30 суток.

Технические параметры платформы

Круглосуточный контроль состояния МЛСП «Приразломная» обеспечивает специальная система из более 60 датчиков, мгновенно реагирующих на изменения в ее работе. Среди подобных датчиков:

Инклинометр - для измерения наклонов кессона
Датчик деформации – для измерения ледовых нагрузок
Грунтовый динамометр - для измерения нагрузки на грунт
Акселерометр - для наблюдения за сейсмической активностью вокруг платформы
Пьезометр - для измерения давления в грунтах от динамических горизонтальных нагрузок

Система контроля кессона