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.
БУРОВАЯ ПЛАТФОРМА, гидротехническое сооружение для бурения скважин при разработке морских месторождений нефти и газа. В зависимости от конструкции и назначения различают морские стационарные платформы (для эксплуатационного бурения) и плавучие буровые установки (для поисково-разведочного бурения).
Морские стационарные платформы, в основном трёхъярусные, используют при глубинах до 350 м для одновременного бурения, добычи и подготовки пластовой продукции к транспортировке. Платформы, предназначенные только для бурения нефтяных или газовых скважин, изготавливают в одноярусном исполнении. С палубы буровой платформы, находящейся на недосягаемой для волн высоте, одним или двумя буровыми станками может осуществляться строительство нескольких десятков вертикальных, наклонно направленных, горизонтальных и разветвлённых (многозабойных) скважин. Стационарные буровые платформы закрепляются на морском дне следующими способами: свайным (забивка в морское дно свай, жёстко скреплённых с опорным блоком буровой платформы); гравитационным (удерживаются на дне за счёт массы сооружения, при этом опорный блок заполняется грунтом или водой для надёжного оседания на морское дно); комбинированным, или свайно-гравитационным (затапливаемый опорный массив, располагаемый на дне, дополнительно закрепляется сваями по всему периметру); с помощью якорных цепей или натяжных тросов (если опорный блок буровой платформы выполнен из понтонов, погружённых в воду полностью или частично). Опорный блок буровой платформы выполняют стальным (преимущественно трубчатым), железобетонным или же комбинированным (железобетонная гравитационная нижняя часть, верхняя - стальная решётчатая конструкция). Надводная часть буровой платформы включает основные комплексы: буровой, эксплуатационный, энергетический, жилой и жизнеобеспечения. В акваториях арктических морей используют буровые платформы в ледостойком исполнении с опорами в форме цилиндра, призмы или конуса для снижения ледовой нагрузки.
Плавучие буровые установки подразделяют на погружные (ПБУ), самоподъёмные (СПБУ), полупогружные (ППБУ) и буровые суда (БС).
ПБУ предназначены для бурения скважин на мелководье в диапазоне глубин от 2 до 20 м (некоторые до 50 м). Все ПБУ имеют подводный корпус (затопляемый понтон), на который опираются опорные колонны. Для подъёма ПБУ со дна используется система размыва грунта под днищем для уменьшения сил присоса.
С СПБУ ведётся разведочное бурение на глубинах от 5 до 150 м. СПБУ состоит из водоизмещающего корпуса (понтона), опорных колонн (от 3 до 6), подъёмных механизмов и буровой вышки. В корпусе имеются помещения различного назначения - для размещения оборудования, складские, жилые каюты. При транспортировке СПБУ опорные колонны максимально выдвинуты вверх. На точке бурения колонны опускаются на грунт, корпус с помощью гидравлического или электромеханического подъёмника поднимается из воды, а нижняя часть колонн, оборудованная специальными башмаками, вдавливается в грунт.
ППБУ и БС используются при глубинах моря 150-1500 м. Устойчивость ППБУ обеспечивается формой корпуса понтона, расстоянием между понтонами, а также числом и диаметром опорных колонн, на которых установлена надводная часть. ППБУ и БС фиксируются на точке бурения с помощью якорных систем или путём обеспечения динамического позиционирования, осуществляемого специальными движителями, встроенными в корпус погружённого в воду понтона. БС, в отличие от других типов плавучих буровых установок, сохраняют высокие мореходные качества, свойственные обычным судам.
Лит.: Вяхирев Р. И., Никитин Б. А., Мирзоев Д. И. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений. М., 2001.
Эту публикацию мы делаем для тех, кому всегда было интересно, как устроена морская буровая платформа и как работает это чудо инженерной мысли.
- стационарная нефтяная платформа;
- морская нефтяная платформа, свободно закреплённая ко дну;
- полупогружная нефтяная буровая платформа;
- мобильная морская платформа с выдвижными опорами;
- буровое судно;
- плавучее нефтеналивное хранилище (FSO) - плавучее нефтехранилище, способное хранить нефть или хранить и отгружать на побережье;
- плавучая установка для добычи, хранения и отгрузки нефти (FPSO) - плавучее сооружение, способное хранить, отгружать и добывать нефть;
- нефтяная платформа с растянутыми опорами (плавучее основание с натяжным вертикальным якорным креплением).
Типы морских платформ:
Четыре основных компонента нефтяной платформы: корпус, буровая палуба, якорная система и буровая вышка – позволяют решать задачи по разведыванию и добыче черного золота в условиях большой воды.
Корпус – это по сути своей понтон с треугольным или четырехугольным основанием, которое поддерживают огромные колонны. Над корпусом находится буровая палуба, выдерживающая сотни тонн бурильных труб, несколько грузоподъемных кранов и полноразмерную вертолетную площадку. Над буровой палубой возвышается буровая вышка, задачей которой является опускать/поднимать к морскому дну бур. В море всю конструкцию удерживает на месте якорная система. Несколько лебедок крепко натягивают стальные швартовые тросы, заякоренные на океанском дне, и удерживающие платформу на месте.
Принцип работы
Процесс добычи нефти начинается с сейсмической разведки. В море сейсмическая разведка проводится с помощью специальных кораблей, обычно водоизмещением до 3 000 тонн. Такие суда разматывают за собой сейсмические косы, на которых расположены гидрофоны (приемные устройства) и создают акустические волны с помощью источника колебаний (пневмопушки). Ударные акустические волны отражаются от пластов земли, и, возвращаясь к поверхности, улавливаются гидрофонами. Благодаря таким данным создают двухмерные и трехмерными сейсмические карты, на которых видны потенциальные резервуары с углеводородами. Однако никто не может гарантировать, что он нашел нефть, пока она не хлынет из скважины.
Итак, после разведки, начинается процесс бурения. Для бурения команда собирает бур секционно. Каждая секция имеет высоту 28 метров и состоит из железных труб. Например, нефтяная платформа EVA-4000 способна соединить максимум 300 секций, что позволяет углубиться в земную кору на 9,5 км. Шестьдесят секций в час, с такой скоростью опускают бур. После сверления бур вынимается для запечатывания скважины, чтобы нефть не вытекала в море. Для этого на дно опускают противовыбросовое оборудование или превентор, благодаря которому ни одно вещество не покинет скважину. Превентор высотой 15 м и весом 27 тонн снаряжен контрольным оборудованием. Он действует как огромная втулка и способен за 15 секунд перекрыть нефтяной поток.
Когда нефть найдена, нефтяная платформа может перемещаться в другое место для поиска нефти, а на ее место прибывает плавучая установка для добычи, хранения и отгрузки нефти (FPSO), которая выкачает нефть из Земли и отправит ее на нефтеперерабатывающие заводы на берегу.
Нефтедобывающая платформа может стоять на якоре десятилетиями, невзирая на любые сюрпризы моря. Ее задача извлекать нефть и природный газ из недр морского дна, отделяя загрязняющие элементы и отправляя нефть и газ на берег.
Для добычи полезных ископаемых необходимо применять специальные инженерные сооружения, которые будут обеспечивать нужные условия для ведения разработки. Причем сложность подобных объектов будет зависеть от глубины залегания сырья и сопутствующих факторов.
Буровая платформа используется для разработки месторождений нефти и газа, которые обычно залегают на больших глубинах и характеризуются сложными условиями для добычи. Но ценность этих ресурсов и их высокое стратегическое значение привели к тому, что даже самые сложные месторождения подлежат разработке.
Платформы для бурения на суше
Как известно, нефть может залегать не только на суше, но и в континентальном шлейфе, окруженном водой. Поэтому некоторые платформы приходится оснащать дополнительными элементами, которые бы позволяли им держаться на воде. С сухопутными объектами такие метаморфозы, к счастью, не случаются, так что процедура их монтажа будет значительно легче.
Платформа буровой установки представляет собой монолитное капитальное сооружение, которое служит в качестве опоры для всех других элементов. Процесс ее монтажа осуществляется в несколько этапов, которые можно охарактеризовать так:
- . Бурение тестовой скважины с целью разведывания месторождения. Только самые перспективные зоны будет целесообразно разрабатывать.
- . Далее подготавливают площадку для платформы. Для этого стараются максимально выровнять окружающую территорию, чтобы ничего не мешало установке.
- . После этого заливают фундамент, хотя иногда обходятся просто установкой опор, если суммарный вес вышки позволяет обойтись без капитального строительства.
- . Когда основа будет готова, сверху нее собирают буровую башню и все остальные элементы, которые участвуют в непосредственном процессе добычи.
- . На завершающем этапе проводится тестирование и сдача в эксплуатацию.
Как и в любом деле, в оборудовании стационарных буровых платформ необходимо в первую очередь заботиться о безопасности. Невыполнение этого условия повлечет самые серьезные последствия. Неправильные расчеты могут привести к разрушению объекта. Помимо больших денежных расходов это также может стать причиной травмирования или гибели людей. Если пострадает кто-то из персонала, тогда ответственный за строительство человек будет привлечен к уголовной ответственности.
Нагрузки, действующие на буровые платформы, можно классифицировать так:
- . Постоянные, к которым относятся силы, которые действуют в течение всего периода эксплуатации. Это в первую очередь масса всех металлоконструкций, находящихся над платформой. При проведении расчетов используют в основном только этот параметр. Для морских элементов еще актуально сопротивление воды.
- . Временные, которые действуют только при определенных условиях. Это вибрация, которая появляется только во время запуска бурильной установки.
Надводные платформы для бурения
Морские буровые платформы ввиду особенностей своей эксплуатации должны обладать специальной конструкцией, которая позволит им держаться на воде. Как правило, такими видами спецтехники выступают плавучие баржи, которые могут добывать нефть и сразу же закачивать ее в свои резервуары. После наполнения одного судна производится смена, и процесс повторяется снова. Это очень удобно с практической точки зрения, но при неаккуратных работах может приводить к попаданию нефти в воду.
Плавучая буровая платформа может работать с глубинами от 2-х до 150-ти метров, так что разные виды рассчитаны на работу в разных условиях. Одни баржи имеют миниатюрные размеры и могут работать в реках, где пространство для маневра сильно ограничено. А их более крупные «собратья» предназначаются уже для работы в открытом море, где для любых размеров найдется место развернуться. Их использование будет намного выгоднее, так как за один раз можно выкачать сразу большой объем ресурса, чтобы сэкономить на транспортных затратах, которые приходится нести каждый раз при дороге до порта и обратно.
Обычно буровая платформа в море проводит всего несколько дней, после чего ей нужно вернуться на базу для опустошения резервуаров. Количество водных источников добычи сильно ограничено тяжестью условий залегания, поэтому к ним прибегают только в случае действительно огромных запасов или высокого качества продукта. Хотя в будущем эта отрасль выйдет на первый план, когда запасы на суше иссякнут.
Разновидности платформ
Буровые платформы России представлены обеими разновидностями. Для страны нефть играет важнейшее значение, поэтому ее добыча регулируется на государственном уровне и просчитывается самым тщательным образом. Недавно было запланировано удвоение всех имеющихся на текущий момент платформ в течение 15 лет, но экономический кризис поставил крест на этих планах. Теперь новые вышки будут появляться в весьма ограниченном количестве.
Если интересуют фото буровой платформы, то стоит посмотреть их в интернете. Также могут пригодиться описания самых распространенных моделей:
- . полупогружная буровая платформа может добывать нефть с глубины 10 километров при максимальном слое воды в 3 километра;
- . самоподъемная буровая платформа работает на глубинах 6,5 километров, но толщина воды при этом не может быть больше 30 метров;
- . буровая платформа судно работает на малых глубинах, когда нефть залегает практически на поверхности континентального шлейфа.
Обо всех других разновидностях можно почитать на сайтах производителей.
> Морская нефтяная платформа.
Это продолжение рассказа о том, как устроена морская нефтяная платформа. Первая часть с общим рассказом о буровой и о том, как живут на ней нефтяники здесь.
Все управление Морской Ледостойкой Стационарной Платформой (МЛСП) происходит с Центрального Пульта Управления (ЦПУ):
3. 
Вся платформа нашпигована датчиками, и даже если где-то в неположенном месте рабочий закурит сигарету, об этом сразу будут знать в ЦПУ и, чуть позже, в отделе кадров, который подготовит приказ об увольнении этого умника еще до того, как вертолет доставит его на большую землю:
4. 
Верхняя палуба называется Трубной. Здесь собирают свечи из 2-3 бурильных труб и отсюда же управляют процессом бурения:
5. 
6. 
Трубная палуба – единственное место на буровой, где есть хоть какой-то намек на грязь. Все остальные места на платформе надраены до блеска.
Большой серый круг справа – это новая скважина, которую в данный момент бурят. На бурение каждой скважины уходит около 2 месяцев:
7. 
Подробно процесс бурения я уже описывал в посте о том, как добывают нефть:
8. 
Главный бурильщик. У него кресло на колесиках с 4 мониторами, джойстиком и разными другими клевыми штуками. Из этого чудо-кресла он управляет процессом бурения:
9. 
Насосы, качающие буровой раствор под давлением в 150 атмосфер. На платформе 2 рабочих насоса и 1 запасной (о том, зачем они нужны и о назначении других устройств, читай в статье о том, как добывают нефть):
10. 
Шарошка – долото. Именно она находится на острие бурильной колонны:
11. 
С помощью бурового раствора, нагнетаемого насосами с предыдущей фотографии, крутятся эти зубья, а выгрызанная порода уносится наверх с отработанным буровым раствором:
12. 
На данный момент на этой буровой платформе уже работает 3 нефтяных, 1 газовая и 1 водяная скважины. Еще одна скважина находится в процессе бурения.
Единовременно можно бурить всего одну скважину, а всего их будет 27. Каждая скважина от 2,5 до 7 километров длинной (не глубиной). Нефтяной пласт залегает на 1300 метрах под землей, так что все скважины горизонтальные и как щупальца расходятся от буровой:
13. 
Дебит скважин (то есть, сколько нефти она качает в час) от 12 до 30 кубов:
14. 
В этих баллонах-сепараторах попутный газ и воду отделяют от нефти, и на выходе после прогона через установку подготовки нефти, которая отделяет от нефти все примеси, получают товарную нефть:
15. 
От Платформы проложен подводный трубопровод длиной 58 километров до плавучего нефтехранилища, установленного вне ледовой зоны Каспия:
16. 
В трубопровод нефть закачивают магистральные насосы:
17. 
Эти компрессора качают попутный газ обратно в пласт для поддержания пластового давления, которое выталкивает нефть на поверхность, соответственно, отдача нефти становится больше:
18. 
Воду, которую отделили от нефти, очищают от механических примесей и возвращают обратно в пласт (ту же самую воду, что и выкачали из недр)
19. 
Насосы 160 атмосфер закачивают воду обратно в пласт:
20. 
На платформе есть своя химическая лаборатория, где контролируют все параметры нефти, попутного газа и воды:
21. 
22. 
Буровую снабжают электричеством 4 турбины, работающие от попутного газа, суммарной мощностью около 20 МЕГАватт. В белых ящиках турбины на 5 мегаватт каждая:
23. 
Если турбины по каким-либо причинам отрубятся, буровую будут питать резервные дизель-генераторы.