книги / Морская нефть. Развитие технологий освоения морских арктических месторождений нефти и газа
.pdfРисунок 2.5 — Типичная конструкция поисково-разведочной скважины
глубиной 4200 м, пробуренной на суше в Арктике. Вечномерзлый грунт
залегает от поверхности до глубины 600 м; что требует применения
специального раствора для цементирования направления и кондуктора:
1— раствор «Арктик пак» от поверхности до глубины 760 м; 2 — цементный раствор на глубине 760-820 м; 3 — 178-миллиметровый хвостовик; 4 — поверхность Земли; 5 — направление диа метром 762 мм, цементируется с подъемом раствора до поверхности; 6 — ствол диаметром 660 мм, цементируется с подъемом до поверхности раствором, устойчивым к воздействию вечной мерзлоты; 7 — колонна диаметром 508 мм и линейной плотностью 140 кг/м до глуби ны 240 м; 8 — ствол диаметром 445 м цементируется раствором, устойчивым к воздействию вечной мерзлоты (расход цемента — 170 т); 9 — колонка труб диаметром 340 мм и линейной плотностью 107 кг/м из стали марки L-80, соединенных замками с трапециевидной резьбой, до глубины 820 м; 10 — ствол диаметром 311 мм; 11 — колонна диаметром 245 мм, зацементиро ванная с подъемом раствора до глубины 2130 м; 12 — колонна труб диаметром 245 мм и дли ной 3355 м из стали марки S-95, соединенных замками с трапециевидной резьбой; 13 — ствол диаметром 216 мм; 14 — хвостовик диаметром 178 мм из труб линейной плотностью 43 кг/м из стали марки S-95 до проектной глубины 4200 м
Затем производилась закачка цементного раствора с подъемом его на вы соту 30 м, после чего пакер закрывали. Закачка незамерзающего раствора предотвращала возможность смятия обсадной колонны и находящейся внутри нее колонны диаметром 245 мм. Вслед за испытанием промежуточной колон ны бурили 230-миллиметровый ствол до проектной глубины. Если при этом имели место такие осложнения, как поглощение промывочного раствора или проходка зон с аномально высоким пластовым давлением, то устанавливали хвостовик диаметром 178 мм и до проектной глубины бурили 152-миллимет ровый ствол.
Все применяемые трубы и трубные изделия изготавливались из стали марки L-80 (за исключением случаев, когда требовалось использовать более высокопрочные трубы) для предотвращения возможности их разрушения при низких температурах воздуха (-46 °С и ниже). Сталь L-80 обладает высокой устойчивостью к низким температурам. Большинство фирм использовали тру бы с трапециевидной резьбой.
При бурении обычно использовали промывочные растворы на водной основе с добавкой полимерного загустителя Х-С. Свойства промывочного рас твора постоянно регулировались в зависимости от условий бурения.
При проходке верхних горизонтов, как правило, применяли долота с длин ными зубьями с герметизированными опорами. При бурении ствола диаметром 310 мм использовали долота с удлиненными насадками, что обеспечивало по вышенную скорость проходки некоторых интервалов. В процессе бурения важ но поддерживать соответствующий режим работы в гидравлической системе, причем давления на стоящее достигают 31 МПа.
При проходке отложений сэдпрочит и лисбюри наблюдались поглощения промывочного раствора, что приводило к уменьшению давления столба рас твора и повышению вероятности выброса. Опробование пласта обычно про изводилось через колонну насосно-компрессорных труб диаметром 115 мм; добытые нефть и газ сжигали на факелах.
Определенные трудности представляло и снабжение буровых установок топливом. Стоимость 1 л топлива, доставляемого к точке бурения, составляла в среднем 0,79 дол., а в конкретном случае зависела от расстояния от ПрадхоБей и вида транспорта. Расход топлива зависел от типа буровой установки. Для старых буровых установок, не имеющих систем утилизации тепла и не оборудованных теплоизоляцией, расход топлива составлял до 22,7 м3/сут в рас чете на одну установку. В более современных буровых установках, спроекти рованных специально для использования в холодном климате, потребление топлива снижено до 12,1 м3/сут, причем эти установки имеют вдвое большую мощность, чем старые.
Тип выбранной установки во многом определял экономику бурения. При сооружении скважины в Арктике решающим фактором являлось время, и по этому скважину надо было бурить как можно быстрее. Фирма выбирала уста новку, предназначенную либо для эксплуатационного, либо для разведочного бурения. Установки для эксплуатационного бурения можно быстро перебазиро вать на небольшие расстояния (обычно на 30 м), и они разбирались на большие и громоздкие блоки массой до 67 т. Перемещение таких блоков на значитель ные расстояния (что часто необходимо при разведочном бурении) — весьма трудоемкая операция. Транспортировать подобные крупные блоки по воздуху невозможно. Кроме того, для их сборки требовались подъемные краны.
Установки для разведочного бурения разбирались на меньшие блоки (мас сой до 22,7 т), что давало возможность легко перевозить их воздушным или автомобильным транспортом. Недостатки старых буровых установок для раз ведочного бурения заключались в неэффективном использовании топлива, сла бой мощности, отсутствии системы утилизации тепла, малой эффективности системы циркуляции промывочного раствора.
Ежесуточная стоимость эксплуатации старой установки для разведочно го бурения, включая оплату за жилые помещения и заработную плату брига де, составляла около 24 тыс. дол. Потребление топлива двигателями буровой установки велико — порядка 18,9-26,5 м3/сут. Период подготовки установки к работе составлял 14-30 сут. Установки часто простаивали из-за отсутствия резервных мощностей различных систем. Они монтировались на прочном основании, что увеличивало затраты на подготовку площадки. В конструк циях более современных установок для разведочного бурения в арктических условиях учитывались недостатки старых конструкций и применялись новые технологические решения. Новые установки обеспечивались качественной теплоизоляцией, оборудовались системой утилизации тепла и при мощности 3360 кВт потребляли лишь 11,3-13,2 м3/сут топлива.
Новые буровые установки быстро разбирались на блоки, так как узлы их были собраны с использованием быстроразъемных соединительных элемен тов, а не на болтах. За счет применения более совершенных систем промывки уменьшалось потребление воды и увеличивалась скорость проходки. Ежесу точная стоимость эксплуатации такой установки составляла 30-35 тыс. дол. Это выше, чем у установки старого типа. Однако новые установки бурили значительно быстрее, потребляли меньше топлива, имели меньшие простои и поэтому были в целом более экономичны. Оценка стоимости показателей бурения в арктических условиях приведена в табл. 2.2-2А Все цены указаны для 1983 г. Данные этих таблиц наглядно показывают значительную разницу в стоимости бурения скважины на суше и в море в условиях Арктики.
Таблица 2.2 — Сравнение затрат на бурение скважины на суше и на море в условиях Арктики
|
|
|
С кваж ина на |
|
|
Скваж ина на суше |
искусственном острове |
||
С татьи затрат |
в 160 км от базы |
в водах глубиной 600 м |
||
|
|
в 40 км от базы |
||
|
|
|
||
|
Затраты, % от общих |
Затраты , |
% от общих |
|
|
тыс. дол. |
затрат |
тыс. дол. |
затрат |
Получение разрешения на бурение |
100 |
0,4 |
100 |
0,3 |
Подготовка площадки |
1800 |
8,0 |
11700 |
31,6 |
Подготовка к бурению |
5004 |
22,2 |
8293 |
22,3 |
Бурение |
7745 |
34,2 |
7922 |
21,3 |
Оценка продуктивных отложений |
1427 |
6,0 |
1442 |
4,0 |
Опробование пласта |
2489 |
11,0 |
2578 |
7,0 |
Демонтажные работы |
1735 |
8,0 |
1088 |
3,0 |
Расчистка площадки |
50 |
0,2 |
50 |
0,1 |
Отчисления за счет амортизации |
655 |
3,0 |
1615 |
4,4 |
Накладные расходы |
1552 |
7,0 |
2182 |
6,0 |
Всего |
22557 |
100,0 |
36970 |
100,0 |
Таблица 2.3 — Затраты на бурение поисково-разведочной скважины на суше в 160 км западнее Прадхо-Бей
С татьи затрат |
Сумма, |
|
ты с. дол |
||
|
||
Получение разрешения на бурение |
100 |
|
Подготовка площадки: |
|
|
насыпка 22,9 тыс. м3 гравия и строительство ледовых дорог |
1200 |
|
строительство взлетно-посадочной полосы |
250 |
|
подготовка строительного оборудования |
350 |
|
Всего |
1800 |
|
Подготовка к бурению (29 сут): |
|
|
простой буровой установки |
1530 |
|
перевозка оборудования самолетами «Геркулес С -130» |
|
|
(300 грузов по 5000 дол. каждый) |
1500 |
|
перебазирование буровой установки и транспортирование |
|
|
оборудования и материалов в течение 22 сут (по 34 тыс. дол./сут) |
748 |
|
монтаж буровой установки в течение 8 сут ( по 34 тыс. долУсут) |
272 |
|
аренда подъемного оборудования (по 3600 дол ./сут) |
104 |
|
аренда резервной каротажной установки (по 500 дол./сут) |
15 |
месячная плата за простаивающий двухмоторный вертолет |
63 |
арендная плата за работающий двухмоторный вертолет (по 650 дол./ч) |
75 |
воздушный транспорт из Анкориджа в Прадхо-Бей (по 1000 дол./сут) |
29 |
автомобильный транспорт из Анкориджа в Прадхо-Бей (по 1000дол./сут) |
29 |
оплата услуг метеостанции (по 395 дол./сут) |
И |
муфты и кондуктор |
75 |
дополнительная рабочая сила (по 2000 дол./сут) |
58 |
топливо (расход 11,34 м3/сут при цене 0,8 дол./л) |
261 |
непредвиденные расходы |
234 |
Всего |
5004 |
Бурение (90 сут): |
|
эксплуатация буровой установки (по 34 тыс. дол./сут) |
3060 |
буровой раствор |
475 |
эксплуатация каротажной установки (по 1800 дол./сут) |
162 |
раствор СаС12 для защиты от воздействия вечномерзлого грунта |
25 |
долота |
125 |
забойные инструменты (ясы, стабилизаторы и т. д.) |
150 |
оплата услуг по обследованию колонн и спуску инструмента |
80 |
цементирование колонн диаметром 340 и 229 мм |
450 |
плата за простаивающий двухмоторный вертолет |
189 |
арендная плата за работающий двухмоторный вертолет |
234 |
воздушный транспорт самолетом «Геркулес С-130», |
|
совершающим 1 рейс/сут |
450 |
кондуктор и защитный кожух |
500 |
оплата услуг метеостанции (по 395 дол./сут) |
36 |
дополнительная рабочая сила (по 2000 дол./сут |
180 |
воздушный транспорт из Анкориджа в Прадхо-Бей (по 1000 дол./сут) |
90 |
автомобильный транспорт из Анкориджа в Прадхо-Бей (по 1000дол./сут) |
90 |
топливо на 90 сут (расход 15,1 м3/сут при цене 0,8 дол./л) |
1080 |
непредвиденные расходы |
369 |
Всего |
7745 |
Оценка продуктивных отложений (7 сут): |
|
эксплуатация буровой установки (по 34 тыс. дол./сут) |
238 |
снятие и анализ каротажных диаграмм |
750 |
отбор и анализ кернов |
100 |
опробование пласта испытателем, спускаемымнаколонне бурильныхтруб |
100 |
топливо |
84 |
арендная плата за работающий двухмоторный вертолет |
31 |
воздушный транспорт самолетом «Геркулес С-130» |
35 |
резервная каротажная установка |
4 |
оплата услуг метеостанции |
3 |
дополнительная рабочая сила |
14 |
непредвиденные расходы |
68 |
Всего |
1427 |
Опробование пласта (25 сут): |
850 |
эксплуатация буровой установки (по 34 тыс. дол./сут) |
|
оплата услуг по спуску обсадных и насосно-компрессорных труб |
80 |
оплата услуг по цементированию хвостовика диаметром 178 мм |
160 |
жидкость для закачивания скважины |
25 |
эксплуатационные испытания |
350 |
различное оборудование для заканчивания скважины |
150 |
перфорация |
75 |
арендная плата за работающий двухмоторный вертолет |
120 |
воздушный транспорт самолетом «Геркулес С-130» |
250 |
оплата услуг метеостанции |
10 |
топливо |
300 |
непредвиденные расходы |
119 |
Всего |
2489 |
Демонтажные работы: |
|
эксплуатация буровой установки (по 34 тыс. дол./сут) |
510 |
перевозка по воздуху 250 грузов |
1125 |
консервация или ликвидация скважины |
100 |
Всего |
1735 |
Расчистка площадки |
50 |
Отчисления за счет амортизации: |
|
на эксплуатационные колонны и колонны насосно-компрессорных |
|
труб диаметром 178 и 115 мм |
275 |
на оборудование устья скважины |
300 |
на забойное эксплуатационное оборудование |
80 |
Всего |
655 |
Накладные затраты и расходы на административно-управленческий |
|
персонал (0,75% от общих расходов) |
1552 |
Общие затраты на бурение продуктивной скважины |
22557 |
Затраты на бурение скважины, оказавшейся сухой |
19714 |
Таблица 2.4 — Затраты на бурение поисково-разведочной скважины
в море Бофорта в водах глубиной 6 м на расстоянии 40 км от района Ист-Док в Прадхо-Бей
Статьи затрат |
Сумма, |
|
тыс. дол, |
||
Получение разрешения на бурение |
||
100 |
||
Подготовка площадки (строительство искусственного острова) |
11700 |
|
Подготовка к бурению (77 сут): |
8293 |
|
простой буровой установки с 1/V по 15/V1II (по 17 тыс. дол./сут) |
1819 |
|
монтаж буровой установки (по 34 тыс. дол. сут) |
2618 |
|
транспортирование баржи из района Уэст-Дока |
1500 |
|
оборудование для погрузки материалов для бурения на баржу |
250 |
|
оборудование для монтажа буровой установки (по 3600 дол./сут) |
154 |
|
доставка баржи из Анкориджа |
20 |
|
эксплуатация баржи (по 3400 дол./сут) |
262 |
|
резервная каротажная установка (по 500 дол./сут) |
39 |
|
плата за простаивающий двухмоторный вертолет (по 63 тыс. дол./мес.) |
162 |
|
арендная плата за работающий двухмоторный вертолет (по 650 дол./ч) |
200 |
|
воздушный транспорт из Анкориджа в Прадхо-Бей (по 1000 дол./сут) |
77 |
|
автомобильный транспорт из Анкориджа в Прадхо-Бей (по 1000дол./сут) |
77 |
|
оплата услуг метеостанции (по 395 дол./сут) |
30 |
|
шурф под направление и направление |
75 |
|
дополнительная рабочая сила (по 2000 дол./сут) |
154 |
|
топливо (расход 11,3 м3/сут при цене 0,53 дол./л) |
462 |
|
непредвиденные расходы |
394 |
|
Всего |
8293 |
|
Бурение (90 сут): |
3060 |
|
эксплуатация буровой установки (по 34 тыс. дол./сут) |
||
подъемно-транспортное оборудование (по 6100 дол./сут) |
549 |
|
буровой раствор |
475 |
|
эксплуатация каротажной установки (по 1800 дол./сут) |
162 |
|
раствор СаС12 для защиты от воздействия вечномерзлого грунта |
25 |
|
долота |
125 |
|
забойные инструменты (ясы, стабилизаторы и т. д.) |
150 |
|
оплата услуг по обследованию колонны и спуску инструмента |
80 |
|
цементирование колонн диаметром 340 и 229 мм |
450 |
|
плата за простаивающий двухмоторный вертолет |
189 |
|
арендная плата за работающий двухмоторный вертолет |
234 |
|
кондуктор и защитный кожух |
500 |
|
эксплуатация установок по получению воды из снега (по 3400 дол./ сут) |
306 |
оплата метеостанции (по 395 дол./сут) |
36 |
дополнительная рабочая сила (по 2000 дол./сут) |
180 |
воздушный транспорт из Анкориджа в Прадхо-Бей (по 1000 дол./сут) |
90 |
автомобильныйтранспорт из Анкориджа в Прадхо-Бей (по 1000 дол./сут) |
90 |
топливо на 59 сут (расход 15,1 м3/сут при цене 0,53 дол./л) |
472 |
топливо на 31 сут (расход 15,1 м3/сут при цене 0,8 дол./л) |
372 |
непредвиденные расходы |
377 |
Всего |
7922 |
Оценка продуктивных отложений (7 сут): |
238 |
эксплуатация буровой установки (по 34 тыс. дол./сут) |
|
снятие и анализ каротажных диаграмм |
750 |
отбор и анализ кернов |
100 |
опробование пласта испытателем, спускаемым на колонне бурильных труб |
100 |
топливо |
84 |
авиационное обеспечение |
31 |
установка по получению воды из снега |
24 |
подъемно-транспортное оборудование |
25 |
резервная каротажная установка |
4 |
оплата услуг метеостанции |
3 |
дополнительная рабочая сила |
14 |
непредвиденные расходы |
69 |
Всего |
1442 |
Опробование пласта (25 сут): |
|
эксплуатация буровой установки (по 34 тыс. дол./сут) |
850 |
оплата услуг по спуску обсадных и насосно-компрессорных труб |
80 |
оплата услуг по цементированию хвостовика диаметром 178 мм |
160 |
жидкость для закачивания скважины |
25 |
эксплуатационные испытания |
350 |
различное оборудование для заканчивания скважины |
150 |
перфорация |
75 |
авиационное обеспечение |
120 |
подъемно-транспортное оборудование (по 10тыс. дол./сут) |
250 |
установка по получению воды из снега |
85 |
оплата услуг метеостанции |
10 |
топливо (расход 15,1 м3/сут при цене 0,8 дол./м3) |
300 |
непредвиденные расходы |
123 |
Всего |
2578 |
Демонтажные работы (7 сут): |
|
эксплуатация буровой установки (по 34 тыс. дол./сут) |
238 |
демонтаж |
750 |
консервация или ликвидация скважины |
100 |
Всего |
2578 |
Расчистка площадки |
50 |
Отчисления за счет амортизации: |
|
на 76-83 м3 топлива для самолета «Геркулес С -130» |
960 |
на эксплуатационную колонну и колонны насосно-компрессорных |
|
труб диаметром 178 и 115 мм |
275 |
на оборудование устья скважины |
300 |
на забойное эксплуатационное оборудование |
80 |
Всего |
1665 |
Накладные затраты и расходы на административно-управленческий |
|
персонал (0,75 % от общих расходов) |
2182 |
Общие затраты на бурение продуктивной скважины |
36970 |
Затраты на бурение скважины, оказавшейся сухой |
33817 |
К 1983 г. самыми распространенными основаниями на арктическом шельфе являлись искусственные острова. Металлические и железобетон ные стационарные платформы в определенных условиях не выдерживали ледовых нагрузок, а как показала практика, такие нагрузки способны вы держивать только большие искусственные острова. Перспектива их ис пользования при освоении месторождений в море Бофорта в этот период времени была самая благоприятная. На основании опыта эксплуатации существующих искусственных островов была разработана концепция их создания и использования под основания для бурения скважин и эксплуа тации месторождений.
Для создания искусственных островов из всего многообразия строитель ной техники требовались в основном земснаряды, способные поднимать грунт со дна и транспортировать его на большие расстояния. Один из земснарядов, спроектированный фирмой «Доум петролеум» для круглогодичной эксплуата ции в море Бофорта представлен на рис. 2.6.
Его производительность около 11 млн м3 грунта в год. Основные элемен ты: ледостойкий корпус, позволяющий земснаряду автономно передвигаться во льдах в течение года; всасывающие трубы, грунтоприемники и грунтовые насосы, управляемые через отверстие в палубе, что предохраняет их от воз действия льда; грунтовый трюм, в 2-3 раза превышающий по объему грунто вые трюмы существующих земснарядов; выдвижная колонна, позволяющая земснаряду работать на глубинах моря до 80 м. Первый земснаряд этой серии приступил к работе в море Бофорта летом 1983 г.
1— всасывающая труба; 2 — грунтоприемник; 3 — выдвижная колонна
Буровое и технологическое оборудование монтировалось на баржах и раз мещалось на акватории между двумя островами, имеющими полукруглую фор му, что обеспечивало необходимую защиту от ледовых воздействий.
На каждом нефтяном месторождении строился большой искусственный остров в форме атолла, который служил для добычи нефти и налива ее в танке ры. Такое сооружение обеспечивало защиту от ледовых воздействий тяжелых барж с установленной на них буровой и эксплуатационной техникой, а также нефтехранилищ и нефтеналивного оборудования.
На периферии каждого крупного месторождения сооружались небольшие острова, на которых размещалось буровое и эксплуатационное оборудование, предназначенное для освоения краевых зон этих месторождений. Добываемая на этих островах продукция поступала по трубопроводам на искусственный атолл каждого месторождения.
При создании атоллов и островов использовался зернистый материал, под нятый со дна с помощью мощных земснарядов. Поверхность как атоллов, так и островов закреплялась железобетонными кессонами.
Экспериментальный остров был построен фирмой «Доум петролеум» с партнерами в 1981 г. для отработки технологии строительства подобных сооружений на глубинах 20-60 м. Основными особенностями эксперимен тального острова являлись: 1) подводный уступ с уклоном 1 : 5 (в отличие от уклона 1 15 для ранее строившихся островов), что позволяло снизить объем насыпного грунта на 50%; 2) железобетонные кессоны, предназначенные для