Как находят нефть под водой

Поиск подводных месторождений: история, практика, технологии

То, что нефть и газ могут залегать под дном морей, человек знал много веков назад. И на Ближнем Востоке, и на Каспии люди видели нефтепроявления и газовые пузыри на поверхности воды. Прибрежные месторождения просто «уходили» под водную толщу. Пионерами в освоении водных пространств стали нефтяники Каспия, у которых были достаточно благоприятные условия: отсутствие океанских ураганов, ледовых атак и небольшая глубина.

Хотя и тут это было сопряжено с новыми сложностями, которые приходилось решать. Например, сухопутных специалистов удивляла совершенно непривычная коррозия металла: соленая вода буквально «съедала» трубы и опорные конструкции. Пришлось обращаться к опыту кораблестроителей.

Но главное, нужно было искать нефтяные и газовые месторождения вдалеке от берега, в открытом море, то есть те, которые не выходили на сушу. Если на берегу можно было бурить скважины то тут, то там, пытаясь «оконтурить» месторождения, то в море это было уже крайне затратно и очень сложно. Требовалось создать буровые установки нового типа. Таковыми стали самоподъемные буровые платформы, по сути баржи с буровыми установками на борту, которые оснащались выдвигающимися вниз «ногами». Придя на точку бурения, платформа выпускала «ноги», которые упирались в морское дно, и поднималась над водой на высоту, превышающую высоту волн.

Но если решался вопрос, с какого основания бурить разведочную скважину, то нужно было решать и вопрос — а где бурить? Тут первая скрипка стала отводиться непрерывному сейсмическому профилированию. Морское научное судно идет по заданному курсу и тащит за собой источник мощных импульсов, а также длинную, в сотни метров, систему из кабелей и сейсмодатчиков. Все это напоминает эхолот, но система НСП пробивает поверхность морского дна и на ленте видно не только морское дно, но и все основные геологические границы на сотни и тысячи метров под морским дном. Одного профиля, конечно, недостаточно их нужно много, но это все равно дешевле, чем бурить скважины наугад.

Огромной проблемой было определение координат. Точность определения местоположения в десятки и сотни метров никак не устраивала морских нефтяников и газовиков. Поэтому стали разрабатываться и модернизироваться специальные береговые навигационные системы, которые стали повышать точность определения местоположения судов до метров. Наконец-то равнина моря покрылась невидимой, но реальной координатной сеткой, и буровики могли точно знать, куда им приводить платформу. Ну а потом пришло время и спутниковой навигации.

К сожалению, далеко не всегда там, где лучше всего бурить, можно поставить буровую платформу, так как морское дно сложено очень слабыми грунтами и платформа, выдвигая свои «ноги», просто завалится на бок и утонет. А значит, нужны специальные инженерно-геологические изыскания. Очень скоро стало ясно, что на морском дне буровым платформам угрожают оползни, прорывы газа, грязевые вулканы, неравномерность прочностных свойств и многие другие сложности. Для того чтобы качественно изучить все эти опасности, потребовалось создать специализированные инженерно-геологические суда для ведения буровых и геофизических работ.

По мере продвижения вглубь моря самоподъемные установки уже не годились. На их место пришли так называемые полупогружные буровые платформы. Их принцип взят у куклы-неваляшки: платформа, придя на место бурения в надводном виде, начинает забирать в свои резервуары воду и погружается. В результате центр ее тяжести опускается далеко вниз и штормовые волны не могут ее сильно колебать. Такие платформы потребовали еще более точной навигации.

Геофизики постепенно отказались от бумажной записи и стали вводить данные в мощные суперкомпьютеры. А затем создали системы трехмерной сейсмики. Это повысило качество получаемых данных, ученые получили возможность буквально видеть всю нефтегазоносную структуру.

Инженеры-геологи тем временем также совершенствовали свою аппаратуру. Появлялись и новые инженерные задачи, например, прокладка трубопроводов в условиях возможных ледовых атак, смещений морского дна, его деформаций. Все это требовало работы по созданию новых систем прокладки трубопроводов, их защиты от агрессивной морской среды.

Буровики тоже требовали новых решений. С одной платформы, стоящей в море, бурятся десятки скважин, которые должны быть обсажены специальными трубами, чтобы изолировать их от морской среды и предотвратить попадание нефти и бурового раствора в окружающую среду. Вопросы экологии стали превалирующими, и любые проблемы стали рассматриваться именно в этом ключе.

Рубеж веков ознаменовался выходом морских нефтяников и газовиков на край шельфа и спуск по так называемому материковому склону. Глубины моря теперь уже превысили километровый рубеж, как, например, в Мексиканском заливе и у берегов Бразилии. С другой стороны, расширяется освоение сложных акваторий, таких как Арктика и Охотское море, для которых характерны экстремальные погодные условия и сейсмическая активность. Для работы в таких условиях нужна самая современная техника, самые лучшие материалы и первоклассные специалисты.

Источник

Как ищут нефть в океане

Содержание статьи

Согласно сведениям ученых, на дне Мирового океана находится более 50% залежей нефти от всех запасов земного шара. Поэтому очень важным направлением поисков нефтяных месторождений является разведка дна морей и океанов на наличие углеводородного сырья.

Поиск нефти на дне морей представляет собой технически непростую задачу и требует высокоточного и сложного оборудования.

Поиск нефти

Поиском нефти под водой занимаются ученые-геологи. Они производят поиск нефти и газа в глубоких слоях пород. Для этого чаще всего используют сейсмическую разведку, которая заключается в следующем: на дно океана отправляют звуковые волны, которые отражаются от подводных пород и возвращаются обратно. Для подачи волн используются специальные звуковые пушки, которые обстреливают дно сжатым воздухом.

Для обработки отраженных волн на исследовательском судне устанавливаются специальные приборы, которые измеряются такие параметры волны, как частота, длина, время возвращения. Исходя из полученных сведений, геологи определяют, что находится под дном океана, так как разные породы отражают звук по-своему. Компьютерная обработка таких данных позволяет построить трехмерное изображение пластов под дном моря или океана. Часто нефть скапливается в складках пород, сверху она может быть прикрыта газом. Если геологи находят такие складки, то начинается работа по установке скважины и добыче газа и нефти на поверхность.

Бурение скважин в воде

После нахождения залежей углеводородов, с корабля или плавучей платформы бурят пробную скважину и исследуют месторождение более подробно. Если месторождение оказывается пригодным, то осуществляется строительство постоянной платформы. С постоянной нефтяной платформы проводят бурение скважин и добычу нефти и газа. Каждая платформа строится индивидуально исходя из поставленных задач и с учетом особенностей конкретного месторождения.

Платформа состоит из корпуса, буровой вышки, якорной системы и палубы. Стабилизацию платформе обеспечивают якорная система и сваи. С помощью бура производят разрушение горных пород, находящихся над залежами нефти. На платформе трудятся одновременно до 100 рабочих, которых доставляют на работу на вертолетах.

На платформе происходит не только добыча нефти и газа, но и конденсация последнего специальным оборудованием с целью безопасной транспортировки.

Несмотря на большие трудо- и энергозатраты, нефть, поднятая со дна морей и океанов, является конкурентоспособным товаром на рынке углеводородного сырья и, вероятно, через несколько десятков лет станет лидером продаж в своем сегменте.

Источник

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.

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.

Источник