В конце сороковых и начале пятидесятых годов на Каспийском море и в Мексиканском заливе было предпринято широкое наступление на морские залежи нефти, которые успешно завершились созданием морских нефтепромыслов. Морские эстакады, индивидуальные и плавучие основания для бурения разведочных и эксплуатационных скважин, подводные трубопроводы и парки товарной нефти, целые города в море - это реальность сегодняшнего дня.
Разведка и добыча нефти ведутся в настоящее время на всех континентах как на морских акваториях, так и на внутренних водоемах. Наиболее интенсивно ведется работа в Мексиканском и Персидском заливах, в Каспийском и Северном морях и на озере Моракаибо, на Черном, Азовском и Охотском морях. Происходит непрерывный рост добычи нефти с морских акваторий.
Специфические условия работы в море позволили при освоении нефтяных месторождений широко использовать целый флот различных передвижных сооружений, с помощью которых производятся разнообразнейшие работы при строительстве нефтепромыслов. К ним относятся плавучие буровые установки и буровые суда для бурения разведочных и эксплуатационных скважин. Вследствие высокой мобильности и автономности их применение оказалось чрезвычайно эффективным, несмотря на значительную первоначальную стоимость.
На первом этапе развития конструкций МНГС первое металлическое свайное основание было разработано Н.С. Тимофеевым, металлические сваи которого погружались методом забуривания. После бурения шурфов под сваи и установки и цементирования свай в морском дне пролётное строение собиралось и сваривалось на месте строительства. В 1940 г. Б.А. Рагинский предложил крупноблочную конструкцию верхнего строения морского основания, которая устанавливалась и монтировалась на зацементированых сваях. Применение крупноблочных элементов заводского изготовления резко сократило время строительства.
В процессе разработки морских месторождений потребовалось надежное сообщение между отдельными объектами, расположенными на морских стационарных основаниях. Доставка грузов на судах при волнении свыше 4 баллов и ветре свыше 5 баллов была затруднена. Кроме этого, несудоходность акватории в местах разработки (например, район Нефтяных камней) обусловила создание эстакад как средств сообщения между объектами существующего промысла.
Следующим шагом в развитии конструкций было создание металлических стационарных оснований ЛАМ конструкции Л.А. Межлумова, металлических оснований МОС конструкции Л.А. Межлумова, С.А. Оруджева и Ю.А. Сатгарова. В 1976 г. на месторождении им. 28 апреля построено стационарное металлическое основание на глубине моря 84 м.
В зарубежной практике освоение морских нефтяных месторождений также было начато с применением стационарных оснований на деревянных сваях. Характерной особенностью американской практики строительства стационарных морских оснований было использование железобетонных и бетонных конструкций в виде кессонов, массивов, отпускных колодцев и свай. Например, основание Коллинса, представляющее собой цилиндрическую бетонную колонну-массив диаметром 5,8 м, погруженную в грунт на требуемую глубину. Применялись гигантские массивы на кессонах с размером в плане 12x20 м, по периметру которой забивали ряд шпунтовых свай. Все пространство, окруженное шпунтовым рядом, засыпалось песком. Ввиду высокой стоимости эти конструкции не получили широкого распространения.
Вторым этапом в развитии конструкций морских гидротехнических сооружений для бурения скважин и добычи нефти было создание морских стационарных платформ (МСП), состоящих из опорной части, массивного моноблока и съемного многопалубного верхнего строения. Особенность этих конструкций - применение массивных блоков (модулей) заводского изготовления, укомплектованных определенным технологическим оборудованием и размещаемых на разных по высоте палубах многопалубного верхнего строения стационарной платформы. Это обеспечило одновременное проведение буровых работ и добычу нефти.
Наиболее ускоренное развитие конструкций МСП произошло при освоении нефтяных и газовых месторождений Северного моря. Наряду с массивными стационарными металлическими платформами, закрепляемыми к морскому дну сваями, в Северном море широко применяются массивные железобетонные платформы гравитационного типа. Используют также конструкции комбинированные: низ конструкции изготовляют из железобетона, а верх -из металла.
Для глубоководных акваторий имеется ряд разработок платформ с натяжными опорами, проекты которых осуществляются в настоящее время.
Выполнен ряд проектов как по совершенствованию жестких металлических конструкций, так и по исследованиям и разработке проектов упругих конструкций платформ на большие глубины (от 300 до 1050 м). В проектах используется эффект взаимной компенсации волновых нагрузок при резонансных частотах. Разработан ряд конструкций платформ для работы в ледовых условиях.
В последние годы наметилась тенденция применения плавучих систем освоения морских нефтяных и газовых месторождений. Плавучие системы используют при разработке малодебитных месторождений, а также на первом этапе для освоения месторождений с большими извлекаемыми запасами.
Об эффективности применения плавучих буровых установок (ПБУ) может служить пример плавучего основания, построенного на Каспии для структурно-поискового бурения в 1959 г. За один год эксплуатации ПБУ пробурено 22 скважины, общая проходка составила 14 тыс.м, т.е. 1200 м на станок в месяц, в то время как на стационарных индивидуальных основаниях проходка составляла 400 м на станок в месяц.
Не менее успешна работа буровых судов (БС). Одно из них, БС «Сокол», ведущее геологическую разведку в море, за 10 месяцев 1960 г. пробурило 140 скважин со скоростью 1600 м на станок в месяц.
Создание первых действующих плавучих буровых агрегатов относится к концу сороковых и началу пятидесятых годов, в первую очередь, в бывшем СССР и США, начавших первыми осваивать морские месторождения.
К первой попытке создания передвижного основания в море относится затапливаемое передвижное деревянное основание братьев Хубецовых, построенное ими в 1937 г. на Каспийском море. Вследствие недостаточной прочности деревянного корпуса основания оно было разрушено штормом после бурения первой же скважины. В 1947 г. инженером Тарасовичем был разработан проект плавучего стального острова, который не был построен. Лишь в 1959 г. на Каспии была построена по проекту Гипроморнефти успешно действовавшая затапливаемая передвижная буровая установка. Затем в начале шестидесятых годов были сооружены также ПБУ с опорными колоннами для глубокого разведочного бурения.
Первая ПБУ в США была создана в 1949 г., после чего быстро развивался флот передвижных буровых агрегатов, а к 1957 г. в строю было уже 38 ПБУ.
Первые буровые суда (БС) появились в США и в бывшем СССР почти одновременно, в начале пятидесятых годов. Первоначально они предназначались лишь для неглубокого структурно-поискового бурения и геологических изысканий при строительстве морских сооружений в море. Обычно они переоборудовались из различных небольших морских судов путем установки обычного бурового станка, предназначавшегося для суши. На Каспийском море для этой цели использовались спаренные кержимы, а позже переоборудовались самоходные суда типа «Багратион» и буксировщики типа «Скорый» и «Казах».
За рубежом для выполнения необходимого объема разведочного и эксплуатационного бурения в основном используют передвижные плавучие буровые агрегаты: при глубине моря до 100 м -самоподъемные ПБУ, при большей глубине моря - буровые суда и полупогружные установки. К началу 70-х годов было построено 273 подобных установок; из 214 находящихся в эксплуатации единиц 108 (50%) составили самоподъемные ПБУ, 56 (27%) – буровые суда, 50 (23%) - полупогружные ПБУ.
С другой стороны, современным достижением в области морской нефтегазодобычи (например, в Норвегии) считается переход от дорогостоящих и грандиозных платформ и сооружений к донным установкам по заканчиванию скважин, которые позволяют устранить влияние на работу установки ледового покрытия и выносить установки сбора и первичной подготовки скважинной продукции на берег.
Контрольные вопросы:
1. Главная особенность шельфовых разработок
2. Особенности разработки морских нефтяных и газовых месторождений
3. Инженерно–геологические и поисково-разведочные работы на море
4. Техника и технология разведочных работ на море
5. Этапы освоения освоения месторождений