Как работает нефтяная платформа. Нефтяные платформы: Россия освоила производство

Для того чтобы приступить к освоению арктических запасов, необходимы морские нефтедобывающие платформы . До недавнего времени плавучие буровые в основном приобретались или арендовались за рубежом. В нынешней геополитической и это становится нецелесообразным, поэтому важно как можно быстрее ускорить процесс создания центров по строительству подобных объектов.

Морские нефтедобывающие платформы в России

На протяжении «лихих девяностых» и первой половины «стабильных нулевых» спрос на такую продукцию, как плавучая нефтяная платформа, по большому счету отсутствовал. Например, строительство самоподъемной установки (СПБК) «Арктическая», которую заложили в 1995 году и должны были сдать в 1998-м, завершилось только в начале нынешнего десятилетия. Столь значимый проект элементарно перестали финансировать. Что уж там говорить о менее масштабных начинаниях.

Только необходимость как можно быстрее приступить к освоению запасов Арктики заставила правительство серьезно задуматься о состоянии дел в отрасли. Аренда импортного оборудования обходится сегодня в сотни тысяч долларов ежесуточно. При нынешнем состоянии курса рубля затраты непозволительные, а весьма вероятное ухудшение взаимоотношений с Западом может лишить отечественные компании даже этой техники.

Кроме того, далеко не факт, что нефтедобывающая платформа, способная работать в условиях вечной мерзлоты, вообще производится сегодня в мире. Ведь помимо экстремально низкой температуры, оборудованию нужно будет выдерживать мощнейшие сейсмические колебания, шторма и ледовые атаки. Необходимы максимально надежные объекты и лучше, чтобы они были целиком и полностью укомплектованы отечественной техникой.

Что затрудняет строительство нефтедобывающей платформы в РФ

На сегодняшний день максимум, которого удалось достигнуть российским заводам - это создание основания нефтяной платформы и самостоятельная сборка оставшихся элементов из иностранных компонентов. Жилые модули, буровые комплексы, устройства отгрузки, энергетические системы и другие крупногабаритные элементы приходится приобретать за границей.

Существенной проблемой является и недостаточно развитая транспортная инфраструктура. Доставка стройматериалов и оборудования на производственные площадки в Арктике и на , где планируются основные проекты, потребует существенных расходов. Более-менее нормальный доступ пока есть только к Азовскому, Балтийскому и Каспийскому морям.

Успехи российских производителей

Тем не менее в этой отрасли зависимость от Запада нельзя назвать критичной. Наиболее знаковым из отечественных проектов, безусловно, стала , в процессе создания которой мы увидели, что структуры промышленного, ресурсного и научно-технического сообщества способны эффективно координироваться и решать поставленные перед ними задачи при достаточной поддержке государства.

Данный объект без каких-либо ЧП успешно пережил три зимы и уже осуществляет добычу и загрузку . Из других достижений российских инженеров можно отметить морские нефтедобывающие платформы «Беркут» и «Орлан», запущенные в эксплуатацию относительно недавно. Их отличает способность выдерживать самые низкие температуры и жесткие сейсмические колебания, а также минимальная чувствительность к гигантским льдинам и волнам.

Что касается будущих проектов, то здесь стоит упомянуть совместное начинание и заводов Калининградской области. Нефтяники планируют установить в местном море сразу пять буровых, удаленных от берега на десятки километров. Предварительный объем инвестиций должен составить около 140 млрд рублей. Создавать оборудование будут на калининградских машиностроительных заводах. Если не возникнет форс-мажоров, добыча должна начаться уже в 2017 году.

Выводы

Разработка и изготовление современной нефтяной платформы - процесс, который по сложности вполне сопоставим с космическими проектами. Во времена СССР практически 100% комплектующих для буровых установок делалось на отечественных предприятиях. С развалом Союза некоторые из них оказались за рубежом, а часть и вовсе прекратила существование. Нужно многое восстанавливать. Необходимый потенциал у российских заводов есть, но реализовать его получится только при поддержке государства.

Если правительство реально рассчитывает создать в стране полный цикл производства, а не продолжит считать таковым домашнюю сборку иностранных комплектующих, потребуются серьезные комплексные решения и финансовые вливания. До тех пор, пока этого не случится, корпорации будут продолжать пользоваться в основном импортной техникой, а Россия сохранять мало престижное звание сырьевого придатка Запада.

В настоящее время на долю нефти, добытой из морских месторождений, приходится около 30 % всей мировой продукции, а газа - еще больше. Как люди добираются до этого богатства?

Самое простое решение - на мелководье забивают сваи, на них устанавливают платформу, а на ней уже размещают буровую вышку и необходимое оборудование.

Другой способ - "продлить" берег, засыпав мелководье грунтом. Так, в 1926 г. была засыпана Биби-Эйбатская бухта в районе Баку и на ее месте создан нефтяной промысел.

После того как в Северном море были обнаружены большие залежи нефти и газа более полувека назад, родился смелый проект его осушения. Дело в том, что средняя глубина большей части Северного моря едва превышает 70 м, а отдельные участки дна покрыты всего лишь сорокаметровым слоем воды. Поэтому авторы проекта считали целесообразным с помощью двух дамб - через пролив Ла-Манш в районе Дувра, а также между Данией и Шотландией (длина более 700 км) - отсечь огромный участок Северного моря и откачать оттуда воду. К счастью, этот проект остался только на бумаге.

В 1949 г. в Каспийском море в 40 км от берега была пробурена первая в СССР нефтяная скважина в открытом море. Так началось создание города на стальных сваях, названного "Нефтяные Камни". Однако сооружение эстакад, уходящих на многие километры от берега стоит очень дорого. Кроме того, их строительство возможно только на мелководье.

При бурении нефтяных и газовых скважин в глубоководных районах морей и океанов использовать стационарные платформы технически сложно и экономически невыгодно. Для этого случая созданы плавучие буровые установки, способные самостоятельно или с помощью буксиров менять районы бурения.

Различают самоподъемные буровые платформы, полупогружные буровые платформы и буровые платформы гравитационного типа.

Самоподъемная буровая платформа

Самоподъемная буровая платформа представляет собой плавучий понтон 1 с вырезом, над которым расположена буровая вышка. Понтон имеет трех-, четырех- или многоугольную форму. На ней размещаются буровое и вспомогательное оборудование, многоэтажная рубка с каютами для экипажа и рабочих, электростанция и склады. По углам платформы установлены многометровые колонны-опоры 2.

В точке бурения с помощью гидравлических домкратов колонны опускаются, достигают дна, опираются на грунт и заглубляются в него, а платформа поднимается над поверхностью воды. После окончания бурения в одном месте платформу переводят в другое. Надежность установки самоподъемных буровых платформ зависит от прочности грунта, образующего дно в месте бурения.

Самоподъемная буровая платформа в транспортном положении: 1 - плавучий понтон; 2 - подъемная опора; 3 - буровая вышка; 4 - поворотный (грузовой) кран; 5 - жилой отсек; 6 - вертолетная площадка; 7 - подвышенный портал; 8 - главная палуба

Полупогружные буровые платформы

Полупогружные буровые платформы применяют при глубинах 300...600 м, где неприменимы самоподъемные платформы. Они не опираются на морское дно, а плавают над местом бурения на огромных понтонах. От перемещений такие платформы удерживаются якорями массой 15 т и более. Стальные канаты связывают их с автоматическими лебедками, ограничивающими горизонтальные смещения относительно точки бурения.

Полупогружная буровая платформа: 1 - погружной понтон; 2 - стабилизационная колонна; 3 - верхний корпус; 4 - буровая установка; 5 - грузовой кран; 6 - вертолетная площадка.

Первые полупогружные платформы были несамоходными, и их доставляли в район работ с помощью буксиров. Впоследствии платформы были оборудованы гребными винтами с приводом от электромоторов суммарной мощностью 4,5 тысяч кВт.

Недостатком полупогружных платформ является возможность их перемещения относительно точки бурения под воздействием волн.

Буровые платформы гравитационного типа

Более устойчивыми являются буровые платформы гравитационного типа. Они снабжены мощным бетонным основанием, опирающемся на морское дно. В этом основании размещаются не только направляющие колонны для бурения, но также ячейки-резервуары для хранения добытой нефти и дизельного топлива, используемого в качестве энергоносителя, многочисленные трубопроводы. Элементы основания доставляются к месту монтажа в виде крупных блоков.

Морское дно в месте установки гравитационных платформ должно быть тщательно подготовлено. Даже небольшой уклон дна грозит превратить буровую в Пизанскую башню, а наличие выступов на дне может вызвать раскол основания. Поэтому перед постановкой буровой "на точку" все выступающие камни убирают, а трещины и впадины на дне заделывают бетоном.

Наиболее мобильной конструкцией, способной ра­ботать на произвольной глубине, является буровое судно, т.е. корабль, специально построенный или модифициро­ванный для бурении в глубокой воде. Динамическое по­зиционирование оборудования с помощью двигателя с регулируемым шагом позволяет удерживать судно над стволом скважины.

Все типы буровых платформ должны выдерживать напор волн высотой до 30 м, хотя такие волны и встречаются раз в 100 лет.

Нефтяная платформа — это огромный промышленный комплекс, предназначенный для бурения скважин и добычи залегающего на большой глубине углеводородного сырья. Установки для добычи нефти и газа из недр Земли поражают воображение: представьте себе рукотворную конструкцию весом полмиллиона тонн, способную бурить скважины до 10−13 км даже в условиях частичного погружения под воду — и вы поймете, что это триумф инженерной мысли современного человека. Но даже среди этих могучих сооружений есть гиганты, один вид которых вызывает трепет:

TROLL-A

Железобетонная промысловая платформа TROLL-A — это самый тяжелый в мире искусственный объект, способный перемещаться по поверхности нашей планеты. Общий вес платформы по добыче природного газа составляет 1,2 миллиона тонн при загруженном балласте, (сухой вес — порядка 650−680 000 тонн) а высота — 472 метра (из которых 369 занимает подводная бетонная структура). Это — настоящее чудо инженерной мысли, установленное на норвежском газонефтяном месторождении Troll в Северном море.

Буровые установки «Уралмаш»

Самые большие наземные буровые установки с 70-х годов производили в нашей стране. БУ «Уралмаш-15000» была задействована при бурении Кольской сверхглубокой скважины: конструкция высотой с 20-этажный дом была способна пробурить скважину глубиной до 15 км! А вот самыми большими установками на плавучих платформах, считаются системы Aker H-6e (на фото), тоже произведенные норвежцами. Площадь рабочей палубы такой конструкции составляет 6300 м 2 , а глубина бурения достигает 10 км.

Statfjord-B

Нельзя пройти мимо буровой установки Statfjord-B, самого большого плавучего технического сооружения в мире. Высота вышки, построенной в Норвегии в 1981 году, вместе с бетонным основанием составляет 271 метр, а общий вес конструкции — 840 000 тонн. Промышленный комплекс может добывать до 180 000 баррелей нефти в день, при этом резервуаров хватит на 2 000 000 баррелей. Более того, платформа представляет собой настоящий город на воде: помимо буровой установки, на ней размещены семиэтажная гостиница высокого класса, химлаборатория, вертолетная площадка и целый парк спасательной и вспомогательной техники.

Perdido Spar

А вот самая глубоководная платформа расположена в Мексиканском заливе, где пришвартована на глубине 2450 метра над нефтегазовым месторождением Perdido. Максимальная производительность платформы — 100 000 баррелей нефтесырья в день! Высота Perdido Spar составляет 267 метров, то есть это настоящая подводная Эйфелева башня!

Eva-4000

Еще один гигант, но уже нового поколения — буровая платформа Eva-4000, тоже расположенная в Мексиканском заливе, в 240 км от Луизианы. Она принадлежит компании Noble Amos Runner и при высоте в 106 метров (на платформе не предусмотрен жилой комплекс) способна осуществлять бурение на глубине 9700 м.

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.

Эту публикацию мы делаем для тех, кому всегда было интересно, как устроена морская буровая платформа и как работает это чудо инженерной мысли.

Типы морских платформ:

• 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).

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.