Тема 1-2. Современное состояние освоения морских месторождений

ЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС

 

Постепенное истощение запасов нефти и газа на суше и обострение мирового энергетического кризиса обусловило необходимость все более и более широкого освоения нефтегазовых ресурсов морского дна в недрах которого сосредоточено почти в 3 раза больше нефти и газа, чем на суше.

Около 22% площади Мирового океана (примерно 80,6 млн7 км²) занимает водная окраина материков, состоящая из трех зон: шельфа, материкового склона и подножья. Из общей площади дна морей и океанов перспективны на нефть и газ около 75 млн. км² (примерно 21 %), в том числе на шельфе 19,3 млн. км², на материковом склоне 20,4 млн. км² и в пределах материкового подножья -35 млн. км². Наиболее доступной является шельфовая зона.

Под шельфом ( анг. Shelf) понимается выровненная часть подводной окраины материков с незначительным уклоном, примыкающая к суше и характеризующаяся общим с ней геологическим строением. Глубины у внешней границы шельфа обычно составляют 100-200 м, но в отдельных случаях достигают 1500-2000 м (Южно-Курильская котловина Охотского моря). Ширина шельфа лежит в пределах от 1 до 1700 км (Северный Ледовитый океан), составляя в среднем 65-70 км, а общая площадь - около 32 млн. км² или почти 11,3 % поверхности Мирового океана. Основная часть площади шельфа Мирового океана (примерно 70%) располагается на глубинах, не превышающих 180 м, а глубина моря в районе перехода шельфа в материковый склон колеблется от 200 до 600 м.       

На рисунке 1 представлен профиль континентального шельфа. За береговой линией 2 следует континентальный шельф 3, за кромкой 4 которого начинается континентальный склон 5, спускающийся в глубь моря. За подножьем 6 склона находится область отложения осадочных пород, так называемый континентальный подъем 7, уклон которого меньше, чем у континентального склона. За континентальным подъемом начинается глубоководная равнинная часть 8 моря.

 

Рисунок 1. Профиль континентального шельфа

 

 

Изучение показало, что глубина кромки шельфа по всему земному шару, составляет примерно 120 м, средний уклон континентального шельфа -1,5-2 м на 1 км.

По прогнозам специалистов свыше 60% площади шельфа перспективны на нефть и газ. При этом прогнозируемые ресурсы и запасы, выявленные в месторождениях газа и конденсата, преобладают над соответствующими ресурсами и запасами нефти.

Освоение морских месторождений началось в 1824г., когда на шельфе Апшеронского полуострова в районе Баку в 25-30 м от берега стали сооружать изолированные отводы – нефтяные колодцы, и вычерпывать нефть из неглубоко залегающих горизонтов. Нефтегазовые месторождения в прибрежной зоне Каспийского моря начали осваиваться еще более 100 лет назад. С 1891 года в США стали продаваться участки моря, на дне

 

которых были обнаружены запасы углеводородного сырья. В эти же годы на Калифорнийском побережье началось бурение наклонных скважин, достигающих залежей нети на расстоянии 200 м от берега. В 1936 г. на шельфе Каспийского моря, а с 1947г. на шельфе Мексиканского залива стали устанавливать буровые платформы на свайном основании.

В настоящее время на шельфе эксплуатируется достаточно большое количество буровых установок различного типа. Ежегодно бурится около 1000 поисково-разведочных и примерно 2000 эксплуатационных скважин. Всего же в мире пробурено более 100 000 скважин.

 Россия в настоящее время находится на пороге промышленного освоения запасов нефти и газа на континентальном шельфе. Она располагает 22 % площади шельфа Мирового океана, 80-90% из которого считаются перспективными для добычи углеводородов.. Около 85 % запасов топливно- энергетических ресурсов приходится на шельф арктических морей, 12 %, а по некоторым данным 14 % приходится на шельф дальневосточных морей, а остальное на шельфы Каспийского, Азовского и Балтийского морей.

Наиболее перспективной по запасам углеводородов является акватория Западной Арктики, включающая регионы Баремского, Красного и Печорского морей. В последние годы здесь выявлены крупные структуры и открыто 10 месторождений нефти и газа и 2 газоконденсатных, среди которых 4 гигантских по запасам: Штокмановское-газоконденсатное, Ленинградское, Русановское- газовые и Приразломное- нефтяное.

Мировые запасы нефти оцениваются примерно в 90 млрд. тонн. Наибольщее запасы нети находятся в Саудовской Аравии, Кувейте, Иране, Ираке, США, Объединенных Арабских Эмиратах. В России впервые нефть начали добывать на Кавказе, позднее были открыты месторождения нефти в Поволжье, Западной Сибири, Темано-Печорской провинции, на Сахалине. Теперь на очереди Восточный Сибирь и континентальный шельф морей.

В 40-х гг. ХХ в. на шельфе Каспийского моря началась добыча нефти и газа с искусственных насыпных островов, а затем – с металлических эстакад, что обеспечило добычу нефти с глубин моря от 0,2 до 2,9 м. На Каспии был создан целый город буровиков и добытчиков нефти и газа – Нефтяные Камни.

Существенно доля морской нефтегазодобычи в общемировом балансе стала проявляться лишь в 60-е гг. ХХ в. Рост морской нефтедобычи в настоящее время более чем в 5 раз превышает динамику роста добычи на суше (таблица 1).

 

Таблица 1

Доля морской нефтедобычи в мировом балансе

 

Доля добычи	1960 г.	1970 г.	1976 г.	1980 г.	1985 г.	1995 г.	2005 г	2020 г (прогноз)
% млн. т.	8 -	16 373	16,5 469	22,9 683	30 750	28 700	40 1000	65 *

 

 

Главные ресурсы нефти и газа также расположены в Атлантическом и Индийском океанах. В начале 70-х гг. нефтегазодобычу в морях и океанах вело 21 государство, геофизические и буровые работы осуществляли 46 стран и 5 готовились к ним. В начале 80-х гг. более 100 стран участвовало в освоении континентального шельфа, 37 из них вели разработку морских месторождений нефти и газа. Поисками морских месторождений и их разработкой в начале 90-х гг. занимались уже 136 компаний и фирм из 118 государств. В эти годы добыча нефти и газа на континентальном шельфе Мирового океана достигла 900 млн. т. условного топлива (в пересчете на нефть, где 1 т нефти равна 1200 м³ газа) в год и составила около 35 % мировой добычи.

В настоящее время более 120 государств вовлечены в работы по освоению углеводородных ресурсов на континентальном шельфе. На шельфах морей и океанов выявлено около 2000 месторождений нефти и газа, значительная часть которых может быть отнесена к гигантским или крупным (рис. 2).

 

 

Рисунок 2. Морские месторождения нефти и газа в мире (без России).

1-добыча на шельфе малым числом скважин; 2- зоны промышленной добычи; 3- перспективные районы добычи.

 

 

Наиболее богатыми нефтью и газом участками континентального шельфа Мирового океана являются Персидский (более половины общемировых запасов нефти), Мексиканский и Гвинейский заливы, моря Юго-Восточной Азии, Бофорта и Северное, морская лагуна Маракайбо (Венесуэла).

На них приходится большая часть запасов нефти и газа континентального шельфа. Открыты крупнейшие в мире морские месторождения нефти – Саффания с запасамим, оцениваемыми в 5 млрд.т, и с годовым дебитом 75,5 млн. т (Саудовская Аравия); лагуна Маракайбо с запасами, превышающими 7 млрд. т, и газа –НорзДоум с запасами 71 трлн. м³ (Катар). В настоящее время все масштабнее развертывается морскаянефтегазодобыча в Карибском море, в Мексиканском заливе, у берегов Саудовской Аравии и Кувейта, в Северном и Норвежском морях, на шельфе Аляски и других морских акваториях.

 

Контрольные вопросы:

1.Что такое шельф?

2.Когда началось освоение морских месторождений?

3.Сколько государств в настоящее время вовлечены в работы по освоению углеводородных ресурсов на континентальном шельфе?

4. Из каких зон состоит водная окраина метериков?

5.Какие участки континентального шельфа Мирового океана являются наиболее богатыми углеводородами?

 

Тема 3-4. Особенности разработки морских нефтяных и газовых месторождений. Инженерно–геологические и поисково-разведочные работы на море. Техника и технология разведочных работ на море. Этапы освоения освоения месторождений

 

Проекты освоения морских нефтяных и газовых месторожде­ний существенно отличаются от проектов разработки наземных месторождений. Значительная сложность и специфические осо­бенности проведения этих работ в море обусловливаются окру­жающей средой, инженерно-геологическими изысканиями, высо­кой стоимостью и уникальностью технических средств, медико-биологическими проблемами, вызванными необходимостью про­изводства работ под водой, технологией и организацией строи­тельства и эксплуатации объектов в море, обслуживанием работ и т. п.

Главная особенность шельфовых разработок - высокие затраты и недостаточность места для размещения оборудования.

Бурение скважин и эксплуатация месторождений нефти и газа на акваториях является сложным и дорогостоящим процессом, о чем свидетельствуют сравнительные данные по некоторым техни­ко-экономическим показателям бурения на море и на суше (табл. 2.1).

Как видно из табл. 2.1, стоимость работ на море в 9-10 раз пре­вышает стоимость бурения на суше (при сравнении данных по глубоким скважинам).

Особенностью континентального шельфа является то, что 75 % акваторий расположено в районах, которые продолжительное вре­мя покрыты льдами, а это создает дополнительные трудности в промышленном освоении. Окружающая среда характеризуется гидрометеорологическими факторами, определяющими условия проведения работ в море, возможность строительства и эксплуата­ции нефтепромысловых объектов и технических средств. Основ­ные из них: температурные условия, ветер, волнения, течения, уровень воды, ледовый покров морей, химический состав воды и др. Учет этих факторов дает возможность оценить их влияние на экономические показатели поисково-разведочных работ и морской добычи нефти и газа.

 

Таблица 2.1  

Сравнительные данные по некоторым технико-экономическим показателям бурения на море и на суше

	Технико-экономические показатели бурения на море и на суше
Районы	Средняя глубина скважин	Количество пробурен­ных скважин	Средняя стоимость 1 скв.,  млн.	Стоимость 1 м буре- ния, тыс. $
Арктические острова Канады Атлантический шельф Канады Берингово море (США) Северный склон Аляски (США) Норвежское море Скважины на суше	1700   4500   2121   2804   3260 5169 6818	3   20   3   5   4 566 33	8,8   45,0   26,5   9,5   20,0 5,57 12,61	5,2   10,0   12,5   3,4   6,1 1,079 1,85

 

Строительство морских нефтепромысловых сооружений требу­ет проведения инженерно-геологических изысканий морского дна. При проектировании фундаментов нефтепромысловых сооруже­ний особое внимание уделяют полноте и качеству инженерно-геологических изысканий грунтов на месте и в лабораториях. Дос­товерность и полнота данных в значительной мере определяют безопасность эксплуатации сооружения и экономичность проекта.

Самые большие проблемы в морских акваториях связаны со льдами и глубинами моря. В зависимости от направления и силы ветра, глубины моря и морских течений, рельефа местности и свойств льда ледовая обстановка непрерывно меняется и ее трудно прогнозировать.

Поисково-разведочные работы на нефть и газ осуществляются либо со стационарных платформ, либо с плавучих самоходных платформ и специальных судов. В большинстве случаев, чтобы соорудить стационарную платформу, вначале строится искусст­венный остров (основание), связанный с морским дном. В целях удешевления работ обычно используют одно основание для буре­ния нескольких скважин, в том числе наклонных.

Конструкции стационарных и плавучих платформ, а также бу­ровые суда для проведения поисковых работ и добычи нефти и газа различаются. Однако во всех случаях они имеют необходи­мый комплект оборудования и помещений для работы и жилья.

Если в районах земного шара с мягким климатом и неглубокими водами для различных типов работ устанавливаются отдельные специализированные платформы, то для районов с суровыми усло­виями и глубокими водами количество и размер платформ ограничиваются до минимума. Так, в мелководных районах Юго-Восточной Азии отдельно установлены буровые, добывающие, жилые и факельные платформы, а платформы в Северном море полностью охватывают все упомянутые функции.

Объединенная добывающая, буровая и жилая платформа с воз­можным нефтехранилищем, с подачей газа на рынок и нефти на погрузочные шельфовые сооружения требует точного анализа безопасности для гарантии функционирования комплекса. В ре­зультате должна быть выработана единая система безопасности, включающая в себя, например, как противопожарные стены, раз­деляющие различные функциональные зоны платформы, так и бо­лее традиционные водные системы для борьбы с огнем и оборудо­вание для эвакуации и т.д. Тщательное планирование размещения оборудования - дополнительная мера для достижения требуемого уровня безопасности. Например, при строительстве объединенной газовой платформы для месторождения Тролль в Северном море особый акцент делался на размещение газопроводов на макси­мальном расстоянии от жилой зоны.

Работа на шельфе связана с необходимостью пребывания пер­сонала на платформе в течение длительного времени, что ведет к дополнительным эмоциональным нагрузкам из-за необходимости постоянно следовать всем процедурам и Правилам безопасности.

Любой разлив нефти на шельфе значительно труднее нейтрали­зовать, чем на суше. Особенно это относится к суровым погодным условиям Арктики, что повышает требования к надежности техно­логических процессов при нефтедобыче.

Работа на шельфовых месторождениях в отличие от наземных осложнена более суровыми природными условиями (сильное вол­нение, тяжелые и/или подвижные льды и др.). Эти условия пред­ставляют дополни гельную проектную нагрузку на сооружения и дополнительный стресс для персонала, чувствующего колебания платформы под действием экстремальных условий и непосредст­венно наблюдающего указанные явления. В некоторых районах мира в случае ураганов (Мексиканский залив) или тайфунов (Юго-Восточная Азия) платформы закрываются и даже эвакуируются обслуживающие персоналы.

В последние годы проводятся большие научно-исследователь­ские работы и опытно-промышленная эксплуатация как отдельных узлов, так и целых комплексов оборудования подводной эксплуа­тации скважин. Особого внимания заслуживает подводная экс­плуатация морских месторождений в ледовых условиях. Это обусловлено устранением возможных действий льдов на технические средства, уменьшением навигационной опасности, пожароопасности и обеспечением экономичности разработки месторождения.

Разведка и разработка морских нефтяных и газовых месторож­дений - сложные в техническом отношении операции, весьма до­рогостоящие и связанные со значительным риском. Основные проблемы при освоении этих месторождений - проблемы техники и технологии производства этих работ.

Работы по разведке и разработке морских месторождений в зо­не льдообразования обычно ведутся в два этапа. На первом этапе производятся геологоразведочные работы в межледовый период, и в этом случае возможно применение техники, которая работает в умеренных зонах. Второй этап разработки месторождений, т.е. добыча, подготовка и транспорт нефти и газа, отличается непре­рывным производственным циклом, при котором процесс должен вестись круглый год, в том числе зимой, когда море покрыто льдом. Для этого этапа требуется уникальная и надежная техника, технические и технологические параметры и конструктивные ре­шения которой обусловливаются требованиями высокой надежно­сти, долговечности, обеспечивающими безопасность работ в каж­дом конкретном районе.