Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Арматура и оборудование морских платформ»

Капитальные вложения на освоение морского месторождения при прочих равных условиях (глубина и число скважин, сетка их размещения) на порядок, до 20 раз выше, чем на суше. Удельные капитальные затраты на одну морскую скважину также в несколько раз выше, чем на суше, из-за высокой стоимости гидротехнических сооружений и газонефтепромыслового оборудования.

Некоторые оценки стоимости морских добычных систем приведены ниже:

а) – для платформ, установленных в Персидском заливе:

– Максимальная глубина: 72 м (макс. глубина воды в Персидском заливе составляет около 120 м).

– Вес: от 500 тонн до 10 000 тонн (3 000 тонн для конструкции и 7000 тонн собственно на платформу).

– Цена: до 80.000.000 Долл. за платформу.

– Цена за газодобывающую платформу: 400.000.000 долларов США (для 4-х платформ и трубопроводов до берега).

– Стоимость рабочего проектирования от цены контракта: 3% до 5% от общей стоимости.

– Закупочная цена: около 55% от общей цены.

б) – для полупогружных платформ, установленных в Каспийском море:

– Максимальная глубина: 1000 м (максимальная глубина воды в южной части Каспийского моря 1027 м) и максимальная глубина воды в северной части Каспийского моря примерно в 150 м).

– Вес: около 30 000 тонн.

– Цена: 350.000.000 долларов США для платформы плюс 60.000.000 долларов США за 3 буксира.

Основным направлением снижения стоимости разработки морских сооружений являются:

– снижение объема строительства гидротехнических сооружений,

– максимальное увеличение числа скважин платформы,

– удешевление стоимости МП и их капитального ремонта за счет применения более долговечных коррозионностойких материалов,

– повышение отдачи от оборудования, снижение простоев, повышение надежности и безопасности оборудования и др.

Учитывая огромные общие затраты на освоение морского нефтегазового месторождения, рентабельность может быть обеспечена при наличии крупного месторождения с большими извлекаемыми запасами углеводородов и высоким суточным дебитом скважин.

Экономическую эффективность разработки месторождения оценивают извлекаемой прибылью, ее отношением к капитальным затратам, сроком окупаемости вложенных средств. В структуре капитальных вложений, при исключении рентных платежей, составляющих до 40% общих капитальных вложений, основные затраты приходятся на обустройство и разработку месторождения. Затраты на поисково-разведочные работы, составляющие 4-20%, определяются ограниченным объемом их проведения и условиями геолого-поисковых работ. Обычно бурение поисково-разведочных скважин ограничивается одной – двумя скважинами в Мексиканском и Персидском заливах, 5-12 скважинами в Северном море, 1-10 скважинами в акваториях Юго-Восточной Азии и Австралии.

Наиболее важным критерием эффективности капиталовложений при освоении месторождений нефти и газа являются удельные затраты на единицу добываемой продукции. На более крупных месторождениях удельные затраты на их разработку меньше, чем на месторождениях, находящихся в аналогичных условиях с более низкими запасами.

Для освоения месторождений газа и нефти на различных глубинах моря как в России, так и за рубежом создаются плавучие технические средства – буровые, геофизические и инженерно-геологические суда, плавучие краны, морские стационарные платформы, необходимые для проведения поисково-разведочных работ, бурения и эксплуатации скважин.

Этот модуль разработан для того, чтобы глубже разобраться с особенностями арматуры, применяемой на морских платформах и дать расширенное представление о работе морских платформ. Это позволит Вам лучше понять и спрогнозировать использование различной арматуры в установках и оборудовании морских платформ.

1. Морские платформы и суда

Оффшорные платформы используются во всем мире для различных функций в различных по глубине водах и окружающей среде. Поскольку правильный подбор оборудования, видов платформ и способа бурения, а также правильное планирование, проектирование, изготовление, транспортировка, монтаж и ввод в эксплуатацию нефтяных платформ, с учетом глубины воды и условий окружающей среды очень важен, то мы сначала хотели бы представить общий обзор этих аспектов.

Рис. 1.1. Общий вид морской платформы

В этом разделе рассматриваются основы всех типов оффшорных платформ (фиксированных или плавающих). В случае фиксированных платформ, будет показано и их применение. Общая цель заключается в том, чтобы дать общее представление о различных стадиях проектирования, строительства, снаряжения, транспортировки и монтажа морских платформ.

1.1. Исторический обзор развития морской добычи

Начальный период добычи

Самые первые добычные вышки в воде появились в 1891 году в США на озере Гранд-Лейк-Сейнт-Морис.

Рис. 1.2. Нефтяные скважины в Гранд-Лейк- Сейнт-Мэрис

Первая МП в России была сооружена на деревянных сваях в 1925-1934 гг. в районе о. Артема вблизи г. Баку. Ввиду того, что такие платформы обладали низкой прочностью и сложной технологией монтажа, впоследствии от их строительства отказались.

Стационарные платформы за рубежом были применены в нефтяной промышленности примерно в середине 30-х годов в акватории Мексиканского залива. В их помощью можно было работать в условиях мелкой воды. Отметим, что многие из первых металлических стационарных платформ, построенных в 30-х- 40-х годах у нас в стране и за рубежом, продолжают успешно эксплуатироваться и в настоящее время.

Исторически первой металлической конструкцией МП в России была платформа на металлическом свайном основании, разработанная Н.С. Тимофеевым, металлические сваи которого погружались методом забуривания. После бурения шурфов под сваи и установки и цементирования свай в морском дне пролетное строение разбиралось и сваривалось на месте строительства. В 1940 году Б.А. Рагинский предложил крупноблочную конструкцию верхнего строения морского основания, которая устанавливалась и монтировалась на зацементированных сваях.

Применение крупноблочных элементов заводского изготовления резко сократило время строительства. В процессе разработки морских месторождений потребовалось надежное сообщение между отдельными объектами, расположенными на морских стационарных основаниях. Доставка грузов на судах при волнении свыше 4 баллов и ветре свыше 5 баллов была затруднена. Кроме этого несудоходность акватории в местах разработки (например, мелководье в районе Нефтяных камней недалеко от Баку), обусловила создание эстакад как средства сообщения между объектами существующего промысла.

Следующим шагом в развитии конструкций МП было создание металлических стационарных оснований ЛАМ конструкции Л.А. Межлумова, металлических оснований МОС конструкции Л.А. Межлумова, С.А. Оруджева и Ю.А. Саттарова. В 1976 году на месторождении имени 28 апреля было построено металлическое основание на глубине моря 84 м.

В зарубежной практике освоение морских месторождений также было начато с применением стационарных оснований на деревянных сваях. Характерной особенностью американской практики строительства стационарных морских оснований было использование железобетонных и бетонных конструкций в виде кессонов, массивов, опускных колодцев и свай. Примером может быть основание Коллинса, представляющее собой цилиндрическую бетонную колонну-массив диаметром 5,8 м, погруженную в грунт на требуемую глубину. Применялись гигантские массивы на кессонах с размером в плане 12х20м, по периметру которой забивали ряд шпунтовых свай. Все пространство, окруженное шпунтовым рядом, засыпалось песком. Ввиду высокой стоимости эти конструкции не получили широкого распространения.

Новое время

Создание организации стран-производителей нефти ОПЕК и начавшийся в 1970-х годах нефтяной кризис вынудил многие развитые страны искать и добывать нефть самим. США и Великобритания еще в 1950-е годы по геофизическим данным выявили перспективные структуры в Мексиканском заливе и Северном море, но широкомасштабное поисковое и разведочное бурение там начали вести только в 1970-е годы.

Английское правительство объявило поиски собственных месторождений первоочередной задачей обеспечения национальной безопасности. Английские геологи выявили в Северном море на глубинах 40–70, и до 200 м новую нефтегазоносную провинцию со множеством месторождений нефти и газа. Прибрежные части Мексиканского залива давно уже были освоены США.

Американцы продолжали бурение в глубоководных частях Мексиканского залива, и оно было весьма результативным. Поиски залежей нефти и газа на акваториях всего земного шара во второй половине ХХ в. увенчались открытием крупных месторождений также в пределах Каспийского и Средиземного морей, Персидского и Оманского заливов, возле островов Азиатско-Тихоокеанского региона, у западных берегов Африки и в арктических областях. Глубины акваторий составляют при этом многие сотни метров и даже больше километра.

Около трети мировой добычи сейчас составляет нефть из морских месторождений. Извлечение нефти из под морского дна создает значительные политические, юридические и технические трудности. По-новому ставятся вопросы о границах и юрисдикции отдельных государств, о правовом статусе морей и океанов. Шельфы (до глубины 200 м) и акватории многих внутренних заливов и морей поделены международными договорами между странами, имеющими выход к морю.

Однако существуют еще и спорные территории, особенно в случаях появления новых государств. Например, территория Каспийского моря целиком была расположена в пределах Советского Союза, а Ирану принадлежала только небольшая полоса на южном побережье Каспия. После распада СССР выход к морю теперь имеют пять государств: Азербайджан, Россия, Казахстан, Туркмения и Иран. Возникла проблема передела территории дна Каспийского моря, прав государств на разработку месторождений, определение зон рыболовства. Вопрос находится в стадии дискуссии.

Обнаруженные морские месторождения являются собственностью какого-либо государства, если эта территория находится в его юрисдикции. Так, Норвегия после открытия в Северном море газовых месторождений и нефтяного месторождения Экофиск с запасами 300 млн. т превратилась из страны-импортера в страну-экспортера. Прибыль от добычи норвежской нефти и газа пошла не в карманы магнатов, а на благо всего населения страны. В результате Норвегия в 2001 г. вышла на первое место в мире по уровню жизни населения. По мере развития техники и технологии начали осваивать нефтегазовые месторождения на больших морских глубинах.

С начала 1970-х годов строительство морских сооружений для бурения и добычи нефти и газа начало развиваться небывалыми темпами. Громадный вклад в разработку глубоководных батискафов и водолазного дела внесли французские, английские и американские исследователи. Разработку проектов морских оснований осуществляли в основном инженеры Великобритании и США. Почти все проекты выполнены инженерами-нефтяниками этих двух стран. Было предложено множество конструкций морских платформ. Все они имеют вышку, подъемные краны, вертолетную площадку. Низ платформы поднят над уровнем моря на 30 м – максимальную высоту волн. Для экономии места сама платформа имеет несколько этажей.

В Советском Союзе и потом в России не было больших морских глубоководных нефтегазовых сооружений, поскольку имелось достаточное количество месторождений на суше, и строительство дорогостоящих платформ в акваториях рассматривалось как экзотика, а не жизненная необходимость. Россия имеет несколько мобильных самоподъемных морских платформ для бурения в Каспийском и Черном морях и на Дальнем Востоке. Эти работы ведутся, как правило, совместно с иностранными компаниями.

Компании США больше всех других стран строят морские добычные платформы. Они ведут работы по контрактам в Азиатско-Тихоокеанском регионе, на Ближнем и Среднем Востоке, у берегов Африки, на северном побережье Аляски, у берегов Северной и Южной Америки. К 2003 г. в мире насчитывалось примерно 6500 морских сооружений, и 4000 из них находятся в Мексиканском заливе. Сейчас наиболее интенсивно ведутся работы в Мексиканском и Персидском заливах, в Каспийском и Северном, Охотском и Балтийском морях.

К 2006 году было установлено подводных трубопроводов длиной свыше 175.000 км или в 4,4 раза больше земной окружности. Самая большая глубина воды, на которой были установлены подводные трубопроводы, составляет на сегодня 2414 м. Проект был осуществлен в Мексиканском заливе на платформе Анадарко для проекта Хаб в 2007 году. Этот рекорд был побит компанией "Петробрас" в проекте каскадных трубопроводов, которые были установлены на глубине 2689 м в Мексиканском заливе в 2009 году.

Самый длинный подводный нефтетрубопровод из гибких труб составляет сейчас 69.8 км (проект Пингвин А-Е, компания Шелл). Самый длинный подводный газопровод, протянутый в 2006 году, составляет 120 км ("Норск Гидро", Ормен Ланге).

Глубоководные трубопроводы в настоящее время работают при наиболее высоких давлениях и температурах. В настоящее время давление в подводных системах достигло 103,4МПа и 177°C. В 2005 году на платформе Статойл Кристин в Норвегии был достигнут рекорд в давлении (911 Бар) и температуре (167°С) на глубине свыше 320 м.