Многие потенциальные запасы углеводородов в мире находятся на континентальном шельфе морей и океанов.
Мировой нефтегаз разработал методы, подходящие для условий, существующих на шельфе, как для поиска нефти и газа, так и для его успешной добычи.
Современные и передовые технологии и методы бурения повысили способность компаний находить нефть и газ и скорость разработки их проектов.
Существуют технологические достижения в области:
- разведки и разработки,
- лучшего контроля воздействия на окружающую среду,
- повышения эффективности и улучшения понимания морской среды.
Основные различия:
- расположении буровой установки и оборудования,
- некоторые конкретные методы проведения операций, которые должны быть адаптированы к требованиям, диктуемым гораздо более сложными и часто экстремальными условиями окружающей среды.
- значительно более высокие затраты,
- значительные инвестиции для обеспечения объектов и установок для последующей разработки месторождения.
Основными критериями эффективности этого комплекса для работы на шельфе являются:
- мобильность основания,
- безопасность работы бурового персонала,
- соблюдение экологических требований,
- качество выполнения работ,
- коэффициент использования рабочего времени,
- техническая и экономическая эффективность.
Эти критерии перечислены в порядке их важности и практической целесообразности рассмотрения при выборе рационального типа основания.
Если после оценки типов оснований по очередному критерию в качестве рационального остается один тип, то оценивать нерациональные типы оснований по остальным критериям не имеет смысла.
Выбор по оставшимся критериям:
- рациональность конструктивных и архитектурных форм,
- размерение (совокупности размеров конструкции),
- оснащенность оборудованием и т.п., что важно на стадии проектирования основания для работы в конкретных условиях моря.
В соответствии с ним ниже выполнена оценка известных типов оснований по основополагающим критериям.
1. Мобильность морского бурового основания
Это связано с тем, что на бурение даже самой глубокой скважины второй группы затрачивается не более 3 сут.
Скважина 1й группы наиболее частой глубины 20 - 30 м по рыхлым породам может быть пробурена за 3-5 ч непрерывной работы.
При этом время чистого бурения в большой степени зависит от скорости перебазирования оборудования на новую точку.
Применение передвижных МБУ снижает затраты на сооружение скважин и увеличивает время чистого бурения, так как не требует демонтажа оборудования и основания установки для их доставки на новую точку бурения и последующего монтажа.
Стационарные основания рассчитаны:
- на продолжительный период работы в одной точке,
- используются для бурения ограниченного числа скважин,
- требуют больших затрат времени и средств для их сооружения,
- применяются для бурения глубоких, в основном эксплуатационных скважин на нефть и газ на глубинах моря до 60 м.
2. Безопасность пребывания людей на МБУ.
В принципе этому требованию могут удовлетворять все передвижные МБУ, за исключением смонтированных на несамоходных судах и понтонах.
Основания полупогружные и опирающиеся на дно используются преимущественно для бурения глубоких разведочных и эксплуатационных нефтегазовых скважин.
Эти основания рассчитаны на круглосуточную работу людей на них в любую, в том числе штормовую, погоду.
Они оснащены вертолетными площадками, что позволяет снимать людей с установки в аварийных ситуациях при помощи вертолетов.
Такие основания часто называют полустационарными.
Они громоздкие, дорогостоящие, и их применение для бурения разведочных скважин неэкономично.
Легкие основания аналогичных конструкций, понтоны на выдвижных опорах, МБУ типа Медуза или Skate-600 не позволяют монтировать на них вертолетные площадки.
Поэтому эти установки, а также несамоходные суда можно использовать для бурения разведочных скважин только в закрытых и полузакрытых бухтах при волнении моря до 3 баллов и только в светлое время суток.
Иногда для завершения бурения и ликвидации скважины требуется всего 1-2 ч работы.
Но из-за наступления темноты или опасности усиления волнения моря люди вынуждены покинуть установку.
В соответствии с требованиями техники безопасности при волнении моря в 3 балла, плохой видимости из-за тумана или окончания светового дня буровые работы с несамоходной МБУ прекращают, оборудование крепят по-штормовому и всех людей с установки переводят на самоходное судно.
А так как судно и МБУ перемещаются на волне независимо друг от друга, порывисто и непредсказуемо, то при волнении моря свыше 3 баллов их швартовка друг к другу и перемещение людей с МБУ на судно опасны как для целостности плавсредств, так и для жизни людей. Эта опасность усиливается в условиях плохой видимости.
Средняя повторяемость возникновения волн силой более 3 баллов, вынуждающих прекращать бурение, составляет по шельфам морей, омывающих берега России, около 0,4.
Дополнительно увеличивает время простоев несамоходной МБУ и затраты на бурение скважин плохая видимость (ночь, туманы и пр.).
Таким образом, цикл бурения многих скважин с несамоходных МБУ включает два процесса: непосредственно бурение и выполнение необходимых технологических работ при благоприятных метеорологических и гидродинамических условиях; отстой МБУ в периоды плохой видимости и ожидания снижения волнения до 2 - 3 баллов.
Поэтому несамоходные МБУ не обеспечивают выполнения общеизвестного в бурении правила: скважину от начала до конца желательно бурить беспрерывно.
Длительные перерывы в процессе бурения скважины приводят к осложнениям: происходит адгезия пород, контактирующих с погружаемыми в целик обсадными трубами, и после отстоя значительно труднее производить их погружение; породы интервалов стенок скважины, не закрепленных трубами, набухают, обваливаются, скважина заплывает породами или зашламовывается.
Поэтому после отстоя в течение нескольких часов много времени уходит на восстановление как скважины, так и
рациональных режимов ее бурения.
Частое, непредсказуемое во времени изменение гидрометеорологических условий моря, необходимость каждый вечер снимать людей с МБУ и каждое утро высаживать их на нее, а также буксировать МБУ с одной точки бурения на другую убеждают, что при несамоходной МБУ в процессе бурения должно находиться самоходное судно.
Его содержание дополнительно увеличивает материальные затраты на бурение.
Работа людей на несамоходной МБУ допускается только в светлое время суток. В летние месяцы года светлое время суток составляет 15-16 ч.
Поэтому в АО "Дальморгеология" предпринимались попытки организовать бурение с несамоходных ПБУ в летние месяцы в две смены.
Эти попытки оказались организационно и экономически неэффективными, так как непредсказуемость гидрометеорологических условий моря во времени приводила к простоям не одной, а двух смен.
В результате более экономичной признана работа ПБУ в одну смену продолжительностью ежедневно по 1 2 ч.
При этом члены буровой смены уже через 6-7 ч трудной работы на ПБУ устают, и производительность труда падает.
Несамоходные буровые установки характеризуются очень низким коэффициентом использования, значение которого в большой степени зависит от условий моря.
На безледовых акваториях эти установки начинают работать с конца весны и заканчивают в начале осени.
Здесь сезон их работы достигает 6 - 7 мес. в году.
Остальное время они простаивают из-за неблагоприятных для работы метеорологических и штормовых условий.
Работать в ледовой обстановке несамоходные установки вообще не могут, так как не в состоянии ни противостоять дрейфующим льдам, ни уйти от них.
Поэтому применение несамоходных плавучих буровых установок на акваториях, например, Охотского моря ограничено даже в теплые годы 2 - 3 месяцами в году, а использование их на шельфе арктических морей вообще недопустимо.
Изложенное убеждает в том, что для бурения разведочных скважин создание подобных оригинальных установок (типа "Медуза", "Скат-600″, "Флип", "Поп" и др.), немобильных и не гарантирующих безопасность персонала, нецелесообразно. Заложенные в них принципы позволяют повысить остойчивость установок и эффективно используются в конструкциях громоздких и массивных полупогружных МБУ, оснащенных вертолетными площадками и предназначенных для бурения глубоких
нефтяных и газовых скважин.
Безопасность людей обеспечивается при работе с МБУ, смонтированными на самоходных судах. На них созданы условия для работы, отдыха, питания и проживания бурового персонала. Поэтому при наступлении темноты или усилении волнения моря людей с самоходных установок не снимают, и они могут круглосуточно вести бурение и контролировать состояние скважины или прекращать работы на время шторма только после завершения бурения и ликвидации скважины.
МБУ на самоходных судах являются автономными и, в отличие от передвижных несамоходных установок, способны работать и переходить с одной точки бурения на другую без вспомогательных плавсредств.
Самоходные суда позволяют располагать на них любые современные станки и механизмы для вращательного бурения, в том числе силовые вертлюги и шлангокабельные установки.
В связи с этим с самоходных судов можно бурить скважины любых требуемых параметров в породах различной крепости. Это
подтверждает не только зарубежный, но и многолетний отечественный опыт бурения скважин со специально построенных для этих целей самоходных судов.
Комфортные и безопасные условия пребывания людей на самоходных судах позволяют увеличить продолжительность бурового сезона (начинать в более ранние весенние месяцы и заканчивать в более поздние осенние) и работать даже в ледовой обстановке. В осенние и зимние месяцы, когда на морях часто бывают неблагоприятные для бурения метеорологические и штормовые условия, самоходные буровые суда могут использоваться для выполнения геолого-разведочных работ,
предъявляющих менее жесткие требования к стабилизации и устойчивости судна: отбора проб донных отложений породоотборниками, буксировки сейсмокос, магнитометров и другой аппаратуры.
Следовательно, при правильной организации геологоразведочных работ на море самоходные суда могут использоваться почти круглогодично, чередуя бурение, пробоотбор, геофизические исследования, транспортировку грузов и т.п. в зависимости от времени года и гидрометеорологических условий моря. Такие суда правильнее называть не буровыми, а геолого-разведочными.
Некоторые зарубежные разведочные организации, например фирма Dome Petroleum, наиболее подходящим основанием для бурения скважин на начальных этапах разведки месторождений нефти и газа тоже признают буровые суда. И это при том, что глубины нефтегазоразведочных скважин в десятки раз больше глубин разведочных на твердые полезные ископаемые.
Из подводных буровых установок наиболее полно отвечают требованиям безопасности обслуживающего персонала дистанционно управляемые ПБА или ПБС. Они работают по командам операторов, находящихся на обслуживающем судне, поэтому безопасность операторов здесь такая же высокая, как и при бурении с самоходных судов.
ПБА по сравнению с МБУ на самоходных судах имеют ряд преимуществ: независимость процесса бурения от условий на поверхности воды (волнение моря, метеорологическая обстановка и т.п.); принципиальная возможность бурения на любых глубинах моря. К недостаткам ПБА относятся резкий рост массы агрегата с увеличением диаметра и глубины скважины, сложность конструкции большинства из них, ненадежность работы сложной и дорогостоящей контрольной и командной
электронной аппаратуры в агрессивной морской воде и, как следствие, высокая стоимость и отсутствие надежно работающих в течение продолжительного времени подводных, дистанционно управляемых станков для бурения разведочных скважин требуемых параметров.
Преодоление этих недостатков - задача трудная, но решаемая.
Это подтверждает накопленный мировой опыт разработки и эксплуатации подводных буровых станков.
Таким образом, мобильность морских буровых оснований и установок и безопасность пребывания на них людей являются главными критериями при выборе рациональных их типов для бурения разведочных скважин на море.
Оценка существующих морских буровых оснований и установок приводит к выводу, что наиболее полно этим двум критериям отвечают два типа буровых установок: смонтированные на самоходных судах и подводные, дистанционно управляемые агрегаты.
Типы МБУ на самоходных судах и дистанционно управляемые ПБА логично оценивать по остальным критериям эффективности. Их оценка имеет смысл при возможности бурения установкой на судне и ПБА скважин одинаковых назначений и параметров в одинаковых районах. В этой связи представляется неправомерным выполненное специалистами ВИТР сравнение по экономической эффективности бурения скважин ПБА и с судна "Бавенит" в пользу применения ПБА. Возможности ПБА
еще долго будут ограничиваться глубинами бурения по породам до 30 м, судно же "Бавенит" предназначено для бурения скважин номинальной глубиной 200 м по породам.
МБУ, смонтированные на самоходных судах, позволяют бурить разведочные скважины любых требуемых параметров на акваториях с различными условиями.
Экономический анализ бурения с самоходных судов показывает, что их применение обеспечивает:
- значительную экономию средств в структурно-поисковом и глубоком разведочном бурении на глубинах моря 40 - 60 м;
- на больших глубинах другого экономичного способа бурения таких скважин практически вообще не существует;
- окупаемость затрат на сооружение бурового судна в структурном бурении ориентировочно в течение 3 лет, в глубоком разведочном бурении - 5 лет.
Бурение дистанционно управляемыми ПБА до настоящего времени ограничено преимущественно диаметрами скважин до 0,092 м, глубиной до 30 м по породам.
Бурить скважины таких и близких к ним параметров, особенно на глубинах акваторий более 100 м, в перспективе (с появлением надежных конструкций ПБА) может оказаться эффективнее с использованием ПБА, чем МБУ на самоходном судне.
Предпочтение здесь имеют ПБА с кассетированием керно-приемников на платформе агрегата. Это обусловлено сокращением затрат времени на выполнение вспомогательных работ за счет исключения процессов транспортирования кер-ноприемников в каждом рейсе на судно и обратно. Эффективность бурения таких ПБА по сравнению с МБУ на самоходных судах по этим затратам существенно возрастает с увеличением глубины разведываемых акваторий.
Наибольшую перспективу имеет применение дистанционно управляемых ПБА при проведении глубоководных исследований, в частности разведке полиметаллических сульфидных руд.
Обусловлено это также качеством получаемой геологической информации.
Рудопроявления массивных полиметаллических сульфидов приурочены к поверхностным горизонтам океанического дна. Однако известные технологии забуривания скважин с судов на акваториях с глубинами в несколько тысяч метров, как правило, не предусматривают возможности отбора керна из поверхностных горизонтов дна.
Попытки бурения сульфидов с борта судна "Джоидес Резолюшн" в 1985 г. показали трудность отбора полноценных образцов керна вследствие их разрушения, вероятно, из-за вибрации длинного бурового снаряда.
При бурении серии скважин глубиной 1,5-13,0 м на станции № 649 на глубине 3520 м в районе активного
"курильщика" выход керна по пяти скважинам составил.
Для повышения конкурентоспособности ПБА с МБУ на самоходных судах необходимо увеличить возможные глубины эффективного бурения по породам ПБА с кассетировани-ем керноприемников.
Важным препятствием на пути увеличения глубин бурения скважин по породам кассетными ПБА является возрастание их габаритов и массы. В связи с этим представляется целесообразным осуществлять отбор керна не по всей скважине, а с отдельных ее интервалов, обоснованных геологами.
Так как требования к отбору керна при бурении скважин различных назначений не одинаковы, имеет смысл создавать ПБА различных конструктивных исполнений, а не универсальные.
Например, для инженерно-геологических исследований морского дна необходимы ПБА с возможностью пенетрационного каротажа и отбора керна (монолитов) длиной по 0,2-0,3 м только с отдельных интервалов скважины вращательным способом. Следовательно, для бурения на море инженерно-геологических скважин глубиной до 30 м по породам приемлемы ПБА с 1 0 кассетами длиной 0,5 м каждая.
В зависимости от конкретных условий участка моря, на котором необходимо бурить скважины, более рациональными могут оказаться другие технические решения.
Например, при бурении единичных скважин в волноприбойной зоне или зоне осушки приливно-отливных акваторий более простым и надежным может оказаться использование станков, смонтированных на буровой вышке с балластными камерами или без них; в зимние месяцы года бурение на шельфе арктических морей целесообразно осуществлять с ледяного припая и ледовых полей. Преимущество этих решений заключается в существенном уменьшении капитальных затрат на
строительство бурового основания, а также в том, что они позволяют с успехом применять для бурения наземные буровые станки и технологии.
Однако объемы бурения в таких условиях незначительны. Поэтому и в этих случаях экономически выгодно задействовать буровое судно, используя его в качестве вспомогательного для жилья, питания и отдыха бурового персонала, обеспечения бурового станка электроэнергией, горюче-смазочными материалами, технологическим оборудованием и инструментами, выполнения грузомонтажных и спасательных работ и т.д. Подавляющее большинство разведочных скважин необходимо
бурить на сравнительно открытых акваториях шельфа, и здесь следует ориентироваться на буровые установки, смонтированные на самоходных судах, и на дистанционно управляемые подводные буровые агрегаты.
