Разведочное и эксплуатационное бурение

 

Начало буровых работ на море в нашей стране связано с освоением Каспийского моря, когда на стационарных платформах использовали традиционные буровые установки, предназначенные для суши. Следующий существенный этап совершенствования работ, приходящийся на середину 70-х годов, характеризуется, с одной стороны, началом внедрения плавучих буровых установок и специальных технических средств для бурения скважин в безледовых условиях моря, а с другой стороны, расширением географии разведки. В этот период наблюдается интенсивное развитие и накопление опыта ведения буровых работ на море, увеличение объемов проходки (наибольший был достигнут в 1975 г.).

Все скважины, бурящиеся с целью региональных исследований, поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений, подразделяют на следующие категории [15, 60 - 63]: опорные, параметрические, структурные, поисковые, разведочные, добывающие (эксплуатационные). Рассмотрим назначение каждой из них:

1) опорные скважины - для изучения геологического строения и гидрогеологических условий регионов, определения общих закономерностей распространения комплексов отложении, благоприятных для нефтегазонакопления, выбора наиболее перспективных направлений геолого-разведочных работ на нефть и газ;

2) параметрические скважины - для исследования глубинного геологического строения и сравнительной оценки перспектив нефтегазоносное возможных зон нефтегазонакопления, выявления наиболее перспективных районов поисковых работ,

а также получения сведений о геолого-геофизической характеристике отложений с целью уточнения результатов сейсмических и других геофизических исследований;

3) структурные скважины - для установления перспективных площадей и их подготовки к поисково-разведочному бурению;

4) поисковые скважины - для открытия новых месторождений нефти и газа;

5) разведочные скважины на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностью - для подготовки запасов нефти и газа промышленных категорий и сбора исходных данных для составления проекта разработки залежи;

6) добывающие (эксплуатационные) скважины - для добычи нефти, газа и попутной воды;

7) нагнетательные - для нагнетания в пласт воды, пара, газа;

8) оценочные - для оценки нефте - или газонасыщенности и других параметров пласта;

9) зажигательные - для зажигания нефти в пласте и поддержания ее горения;

10) пьезометрические - для наблюдения за изменением уровня жидкости в стволе или устьевого давления;

11) наблюдательные - для наблюдения за характером вытеснения нефти и изменением нефтегазоводонасыщенности;

12) специальные скважины - для сброса промышленных вод, ликвидации открытых фонтанов нефти и газа, подготовки структур для подземных хранилищ газа и закачки его в них, разведки и добычи технической воды.

Первые пять категорий скважин, как правило, на море бурят с плавучих буровых установок и судов, а остальные - со стационарных платформ.

В последующие годы выработка буровых предприятий стабилизировалась и при увеличении глубин скважин и трудоемкости их строительства объем бурения и число скважин начали постепенно сокращаться.

В связи со сравнительно высокой эффективностью разведочного бурения в 60-х годах и открытием ряда крупных месторождений в 70-е годы основные усилия были направлены на бурение эксплуатационных скважин. Доля их в общем объеме проходки в 1965 г. достигла 72 %, а по числу скважин - 86 %. Сокращение доли разведочных буровых работ привело к некоторому дефициту разведанности запасов нефти и газа.

В 70-х годах их объем вновь увеличился в среднем на 30 %, что сразу дало положительные результаты. Были открыты несколько высокопродуктивных морских месторождений нефти и газа. В 80-х годах опять начался цикл снижения доли разведочного бурения, который продолжается уже на протяжении последних 20 лет.

Для установления оптимального соотношения между объемами разведочного и эксплуатационного бурения следует учитывать имеющийся отечественный опыт освоения морских месторождений и, в частности, влияние ряда факторов, главным из которых является большая продолжительность периода освоения открытых месторождений нефти и газа. Поэтому развитие морских буровых работ на современном этапе в основном определяется темпами увеличения парка плавучих буровых установок и эффективностью его использования. К проектно-конструкторским и строительно-монтажным работам по созданию отечественных плавучих буровых установок приступили еще в 50-е годы.

В 1959 г. по проекту института Гипроморнефть была построена плавучая буровая установка погружного типа ПБУ 600/6,5, предназначенная для бурения структурно-поисковых скважин на мелководье (до 6,5 м). За три года с ее помощью было пробурено более 50 скважин.

Первая самоподъемная ПБУ "Апшерон" введена в эксплуатацию в 1966 г. За 20 лет ее работы пробурено более 50 разведочных скважин глубиной до 2000 м на различных мелководных участках Каспийского моря. В начале 70-х годов приступили к проходке с помощью самоподъемной ПБУ 600/60 "Хазар".

В это же время на отечественных судостроительных предприятиях начался серийный выпуск самоподъемных ПБУ типа "Каспий" 6500/60. В 1975 г. прошла промышленные испытания головная установка этой серии СПБУ "Бакы". В последующие годы в результате модернизации установки (удлинения ног) стали проводить работы на глубинах моря до 70 - 80 м. В 1986 г. на шельфе страны эксплуатировалось шесть установок этого типа. Дальнейшее совершенствование самоподъемных ПБУ направлено на создание возможности осуществлять работы при все больших глубинах моря. Разрабатывается Проект СПБУ 6500/100 для разведочного бурения на глубинах моря до 100 м.

В настоящее время начали широко использовать плавучие буровые установки. Их число, особенно при работах в акваториях северных морей, будет планомерно возрастать. Однако при этом возникает множество экономических и организационных вопросов, связанных с эксплуатацией ПБУ. От их успешного решения существенно будет зависеть эффективность применения данного оборудования при освоении морских месторождений нефти и газа.

Одним из методов повышения эффективности использования плавсредств является подбор соответствующего типа установки в зависимости от глубины моря. С учетом опыта бурения разведочных скважин с передвижных, плавучих, погружных, полупогружных, стационарных платформ и островов рекомендуется применять на определенных глубинах:

менее 15 м - погружные платформы;

от 15 до 100 м - самоподъемные платформы;

более 70 - 100 м - ПБУ, которые подразделяются на полупогружные установки и буровые суда;

в условиях замерзающих морей - ледовые острова.

Полупогружные буровые установки целесообразнее использовать на больших глубинах, так как в полупогруженном состоянии они в меньшей степени подвергаются волновым воздействиям. В акваториях с коротким межледовым периодом бывает невозможно завершить бурение скважин, следует использовать ледовые острова или ледостойкие передвижные платформы.

Буровые работы на разведуемых акваториях укрупненно подразделяют на два этапа: подготовка, транспортирование, монтаж оборудования; бурение и цементирование ствола скважины, опробование и ее освоение с последующим демонтажем оборудования.

Организация и процесс буровых работ на ПБУ практически не отличаются от таковых на суше или со стационарных платформ. По - иному осуществляются лишь транспортирование на точку, монтаж и демонтаж установки.

Продолжительность первого этапа в зависимости от удаленности места бурения от баз производственного обеспечения может колебаться в следующих пределах: на суше 1 - 2 мес, на стационарных платформах 2-4 мес, а при бурении с ПБУ - до 3 - 5 дней. Однако неблагоприятные гидрометеорологические условия значительно увеличивают затраты времени на доставку ПБУ с одной точки на другую.

Существенное влияние на технико-экономические показатели и, в частности, на структуру себестоимости сооружения скважин на море оказывает организация строительных работ. Стоимость скважины напрямую зависит от стоимости стационарной платформы. При разведочном бурении она включается в затраты на строительство скважины, а при эксплуатационном - в состав расходов на обустройство месторождения. Поэтому стоимость разведочных скважин в значительной степени определяется глубиной моря, которая на стоимость эксплуатационных почти не влияет.

Иначе формируется структура стоимости скважин при их бурении с БС и ППБУ. В данном случае основными считают затраты, связанные с содержанием и амортизацией скважин, которые относят ко второму этапу - их бурению и испытанию.

Стоимость ПБУ примерно в 70 - 80 раз больше, чем буровых установок, монтируемых на стационарных платформах. Поэтому стоимость бурения в течение 1 сут с ПБУ в 20 - 25 раз превышает эту величину при проходке со стационарных платформ. С учетом данного фактора основным направлением снижения затрат на бурение скважин с ПБУ является увеличение скорости проходки.

Оценка структуры сметной стоимости строительства разведочных скважин на Каспийском море показывает, что при одинаковых глубинах и коммерческих скоростях при бурении со стационарных платформ и ПБУ доля бурения в общей стоимости практически одинакова, в то время как доля затрат, зависящих от глубины скважины, отличается примерно в 2 раза, так как проходка с ПБУ обходится во столько же раз дороже.

На структуру стоимости строительства разведочных скважин, бурящихся с ПБУ и БС, значительное влияние оказывают удаленность от береговых портобаз производственного обеспечения и сезонный характер работ в замерзающих акваториях. Это обусловлено существенными расходами на содержание транспортных и вспомогательных судов и плавсредств, а также самих ПБУ, БС и плавсредств во время зимней стоянки, когда период бурения иногда продолжается всего 3-4 месяца.

В результате доля прямых расходов в сметной стоимости строительства разведочной скважины, включая содержание ПБУ и БС и их амортизацию, составляет всего одну треть. Значительными становятся дополнительные затраты, среди которых выделяются две основные группы расходов, связанных с содержанием транспортных и вспомогательных судов в период бурения и тех же судов, ПБУ и БС в период зимней стоянки. При этом, если вторую группу затрат следует включать в состав сметы в качестве дополнительных, так как они характерны для замерзающих акваторий, то первую, с учетом содержания глубоководного водолазного комплекса и ряда других расходов, следует относить к категории прямых затрат.

Кроме того, при определении экономической эффективности использования для разведки стационарных платформ и ПБУ необходимо учитывать затраты времени на подготовительные работы. Для стационарных платформ они колеблются от нескольких до 12 - 18 мес (срок строительства платформы и монтажа бурового оборудования), а для ПБУ составляют всего несколько дней в зависимости от удаленности точки бурения от базы флота.

Эксплуатация ПБУ и БС показывает, что за счет снижения продолжительности подготовительных работ и увеличения скоростей проходки срок заканчивания строительством идентичных скважин сокращается в 1,5 - 2,0 раза.

Кроме того, применение ПБУ позволяет быстрее начать разведку в удаленных от инфраструктур акваториях, что особенно важно для освоения ресурсов нефти и газа на арктическом шельфе.

Анализ бурения разведочных скважин показывает относительно небольшое варьирование в структуре затрат при широком диапазоне глубин и скоростей бурения и многократном изменении общей суммы затрат на строительство скважин. Это необходимо учитывать при прогнозных оценках расчетов эффективности отдельных технологических и организационно-технических решений.

Островные сооружения

 

В мировой практике четко обозначилась тенденция - к строительству крупнотоннажных танкеров дедвейтом (грузоподъемностью) в 500 тыс т и более. Эти танкеры имеют осадку в полностью загруженном состоянии до 20 и. Такой танкер подойти близко к берегу не может; тем более проблематичен заход его в нефтеналивной порт, если в нем нет причала с высотой причальных стенок более 20 м. Для обеспечения перевалочных работ по обслуживанию крупнотоннажных танкеров в последнее время начали создавать искусственные острова с глубоководными рейдовыми причалами. Эти острова располагаются обычно на возвышениях морского дна вблизи городов (портов) и регионов добывающих, т.е. поставляющих нефть или потребляющих ее. Острова могут быть двух основных типов: a - сооружаемого на дне отсыпкой каменного материала и грунта или с помощью сооружений типа эстакад и б ~ плавучий остров.

Каждый из этих островов имеет свои преимущества и недостатки. Однако несомненным или уже доказанным практикой является то, что островные причалы обходятся как при строительстве, так и при обслуживании намного дешевле, чем традиционные прибрежные порты.

Рассмотрим в данном параграфе только стационарные сооружения островного вида. Такие МНГС можно отнести к трем подвидам: островное МНГС из бетона, камня, гравия и песка; островное сооружение из насыпного материала (камень, песок) в контуре из металлических цилиндрических оболочек; в форме малой островной конструкции.

Островные сооружения первых двух подвидов представляют искусственный, но самый настоящий остров, размеры которого позволяют не только принимать танкеры любого дедвейта (грузоподъемности), но и построить на нем резервуарные парки (нефтехранилище), оборудование для очистки балластной воды, вытесняемой из танкеров при заполнении их нефтью, взлетно-посадочную площадку для самолетов и вертолетов, склады для хранения материалов, техники, продовольствия и т.п. и поселок для проживания обслуживающего персонала.

Такие острова-причалы будут совершенно необходимы при освоении морских нефтегазовых месторождений северных морей России. Особенно для морей, имеющих подводные возвышенности. К острову-причалу прокладываются подводные трубопроводы на глубине, где не сказывается воздействие на них любых льдов, что дает возможность обеспечить надежную работу трубопроводов.

На рис.2 показана схема такого острова из набросного камня 1. Габаритные размеры острова: А = 400-500 м, ширина В = 100-120 м. На рисунке показан жилой комплекс 5, склады 4, нефтехранилища и резервуары для балластной воды 3, взлетно-посадочная полоса 7, железобетонная облицовка откосов 2, металлические трубы б диаметром 3,5-4 м, железобетонное ограждение 9 и швартовые палы8, оборудование швартовыми быстродействующими крюками. К швартовым палам могут швартоваться сразу два (по одному с каждой стороны) танкера дедвейта до 500 тыс. т.

 

Рисунок 2. Островное нефтегазовое сооружение массивно формы

 

Другой подвид острова по казан на рис.3. Островное сооружение представляет двухпалубную конструкцию из железобетонных плит 1 и 4, с фермой между ними 3. В плане плиты имеют форму многоугольника, по боковым торцам которого устроены палы 2 (причальные устройства). Такая форма островной конструкции позволяет обеспечить швартовку танкеров при любом направлении ветра или течения. Уровень верхней палубы находится на высоте h_m, обеспечивающей незатопляемость палубы при любом шторме. Двухъярусное верхнее строение 1-4, на котором устанавливается поворотный грузоподъемный кран, используемый для подъема нефтегазоналивных шлангов, присоединенных к подводным трубопроводам 6, размещается на трубчатых сваях 5, забиваемых в грунт (глубина забивки h_c определяется расчетом). Верх свай находится выше глубины воды Н на величину ho, назначаемых с учётом уровня спокойного моря.

Платформы, схемы которых приведены в п.1, в силу того, что они имеют основание и несущую часть, расположенные на огромной площади (до 10-15 тыс. м²), при глубинах воды более 50 м становятся слишком громоздкими и малопригодными для изготовления и транспортировки к месту установки. Поэтому в практике морского нефтегазового строительства применяются формы платформ более удобные для производства.

Такие платформы изготавливаются из железобетона в форме колонн большого диаметра, стоящих на мощной фундаментной плите, опирающейся непосредственно на подготовленное грунтовое основание.

 

Рисунок 3. Двухуровневое островное нефтегазовое сооружение