Подводная эксплуатационная платформа для добычи нефти и газа

Подводная эксплуатационная платформа для добычи нефти и газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к освоению подводных месторождений полезных ископаемых, преимущественно жидких и газообразных, а именно, к сооружению технологических комплексов, предназначенных для обустройства морских глубоководных нефтегазовых месторождений и работающих в экстремальных условиях и может быть использовано на глубоководных акваториях, на которые возможен приход айсбергов или плавучих ледовых полей или же замерзающих на длительный срок, и где открыты промышленные запасы углеводородов, освоение которых в настоящее время может осуществляться (например, на Штокманском газоконденсатном месторождении) преимущественно путем создания весьма дорогих по стоимости и сложности их создания и эксплуатации подводных добычных комплексов (далее ПДК).

Известен морской технологический комплекс, предназначенный для освоения глубоководных нефтегазовых месторождений, включающий ряд морских стационарных платформ, подводные донные комплексы, подводные внутрипромысловые и магистральные трубопроводы, емкости для хранения продукции скважин и отгрузочные установки, причем, по крайней мере, одна из платформ выполнена в подводном исполнении и закреплена ко дну опорным блоком, верхний габарит которого расположен ниже уровня воды на величину наибольшего габарита прохождения подводной части айсберга (патент РФ 2238365, по кл. Е02В 17/00 от 25.07.2003 г.).

Недостатком этого морского технологического комплекса является необходимость производства сложных и дорогостоящих работ по отсоединению и отводу в безопасную и защищенную ото льда и айсбергов зону верхнего подвижного модуля с временной остановкой эксплуатации морской платформы с соответствующими экономическими потерями.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является морской технологический комплекс, включающий подводные внутрипромысловые и магистральные трубопроводы, емкости для хранения продукции скважин и отгрузочные установки, при этом, часть платформ выполнена в подводном и ледозащитном исполнении с закреплением ко дну, например, опорным блоком, верхний габарит которого расположен ниже уровня воды на величину наибольшего габарита прохождения подводной части айсберга, а опорные блоки платформ в подводном исполнении выполняют с блок-модулями, служащими для размещения персонала в подводных воздушных камерах, предназначенных для осуществления периодических работ по техническому обслуживанию, ремонту и обследованию конструкций и технологического оборудования, автоматизированных систем управления и контроля, при этом блок-модуль энергетической платформы выполнен с автоматизированной атомной электростанцией и предназначен для энергетического обеспечения технологических подводных платформ, а блоки-модули технологических платформ выполнены с сепарационными установками, с компрессорным и насосным оборудованием, с автоматизированной системой управления и с водолазным и подводно-техническим оборудованием, предназначенным для первичной подготовки продукции скважин к транспортировке до центральной технологической платформы и/или до морского отгрузочного причала с емкостью для хранения продукции скважин (патент РФ 2383683, по кл. Е02В 17/00 от 30.09.2008 г.).

Недостатком подобных комплексов является необходимость их защиты от ледовых воздействий, а также не исключена вероятность их столкновения с айсбергами, что приводит к существенному наращиванию их металлоемкости и материалоемкости, а с возрастанием глубин эти нефтегазовые месторождения вряд ли могут быть освоены традиционным образом, в особенности, когда к тому же возрастает их удаленность от берега.

Также недостатком этого комплекса является жесткая его фиксация на заранее рассчитанной в соответствии со статистическими данными глубине от спокойной поверхности моря, (надежность которых по своей природе не может быть абсолютно точной).

Кроме того, по завершению разработки месторождения утилизация стационарной платформы (тем более в подводном исполнении) представляет собой определенные трудности и затраты на ее демонтаж и могут оказаться весьма высокими (причем, как известно затраты на утилизацию крупных морских стационарных сооружений нефтегазового профиля в Мексиканском заливе и на Северном море всего лишь в 2-5 раз ниже, чем затраты, понесенные в свое время на их создание).

Целью настоящего изобретения является создание подводного плавучего средства, позволяющего при встрече с подводной частью айсберга плавно и мягко его огибать и возвращаться в исходное положение после его прохождения с одновременным обеспечением расположения скважин внутри объекта и повышением надежности строительства и эксплуатации ПЭП.

Поставленная цель достигается тем, что в подводной эксплуатационной платформе (далее ПЭП) для морской добычи нефти и газа, включающей опорное основание погружного типа (площадку палубного типа, под которой устанавливаются балластные емкости предназначенные для погружения на заданную глубину, а также для удержания всего комплекса в горизонтальном положении), на котором секторально (с целью большей компактности и придания овальности всей конфигурации ПЭП) устанавливают с помощью фиксирующих соединений функциональные изолированные (герметичные) блок-модули, служащие для размещения персонала и для осуществления периодических работ по техническому обслуживанию, ремонту и обследованию конструкций и технологического оборудования, автоматизированных систем управления и контроля, при этом энергетический блок-модуль платформы выполнен в виде автоматизированной атомной электростанции, предназначенной для энергетического обеспечения, а блоки-модули выполнены с компрессорным и насосным оборудованием, с автоматизированной системой управления, с водолазным и подводно-техническим оборудованием, которые предназначены для первичной подготовки продукции скважин к транспортировке до центральной технологической платформы и/или до морского отгрузочного причала с емкостью для хранения продукции скважин, причем вся платформа в сборе выполнена близкой к форме круга/многоугольника, в центре которого расположен устьевой модуль со скважинами с равномерно установленными между собой устьями скважин.

Кроме этого, поставленная цель достигается также тем, что платформа выполнена замкнутой (предпочтительно овальной) формы и состоит из нескольких блок-модулей, соединенных между собой и с двумя круговыми коридорами (внутренним и внешним), предназначенными для сообщения между блок-модулями, а также для подъема/спуска персонала с помощью, например, мобильных герметичных капсул.

Кроме этого, поставленная цель достигается также тем, что все блок-модули выполнены герметичными (с автономной системой погружения - с целью более свободного перемещения в вертикальных направлениях) и изолированными друг от друга (но сообщающимися с обоими круговыми коридорами: внутренним и внешним) и установлены с возможностью при необходимости извлечения на поверхность для ремонта или замены.

Кроме этого, поставленная цель достигается также тем, что все модули выполнены с собственной балластной системой, предназначенной для погружения и всплытия.

Кроме этого, поставленная цель достигается также тем, что платформа снабжена вертикальной выдвижной трубой для подачи/вытяжки атмосферного воздуха и снабжена в верхней ее части модулем плавучести, выполненным, например, в виде полого тора, опоясывающего выдвижную трубу.

Кроме этого, поставленная цель достигается также тем, что вертикальная выдвижная труба снабжена продольной перегородкой для обеспечения приточно-вытяжной вентиляции (в этой трубе возможна также установка лифта для перемещения персонала).

Кроме этого, поставленная цель также достигается тем, что платформа снабжена подъемным механизмом, предназначенным для ее опускания и подъема на безопасную глубину.

Кроме этого, поставленная цель достигается тем, что все скважины защищены индивидуальными водоотделяющими колоннами, на концах которых установлены шарнирные устройства трубчатого типа, предназначенные для обеспечения отклонения всех устьев скважин и возврата в исходное положение после прохождения айсберга.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен общий вид подводной эксплуатационной платформы;

на фиг.2 - вид сверху на фиг.1;

на фиг.3 - схема процесса бурения скважин с расположением устьев непосредственно в подводном объекте.

1 - подводная эксплуатационная платформа (ПЭП);

2 - опорное основание;

3 - опорная площадка;

4 - натяжные связи (опоры);

5 - морское дно;

6 - устьевой модуль;

7 - устье скважины;

8 - блок-модуль;

9 - круговой внутренний коридор;

10 - круговой внешний коридор;

11 - выходная шлюзовая камера;

12 - мобильная герметичная капсула;

13 - подводная опорная конструкция;

14 - модуль плавучести подводной опорной конструкции;

15 - индивидуальная водоотделяющая колонна;

16 - шарнирное устройство;

17 - вертикальная выдвижная труба;

18 - модуль плавучести вертикальной выдвижной трубы.

Подводная эксплуатационная платформа (ПЭП) 1 (см. Фиг.1) для морской добычи нефти и газа состоит из опорного основания 2 погружного типа, размещенного на опорной площадке 3 и натяжных «связей» (опор) 4. Опоры 4 осуществляют крепление опорного основания 2 и опорной площадки 3 к морскому дну 5 любым известным способом (например, системой якорей, установленных на дне заранее). Опорное основание 2 в плане (см. Фиг.2) представляет собой круг и/или многоугольник, в центре которого расположен устьевой модуль 6 с устьями скважин 7. Устья скважин 7 расставлены на равных между собой расстояниях. Вокруг устьевого модуля 6 по периметру секторально расположены блок-модули 8, соединенные между собой для сообщения двумя круговыми коридорами (внутренним и внешним) 9 и 10. Круговой внутренний коридор 9 примыкает к устьевому модулю 6. Круговой внешний коридор 10 проходит по большому радиусу от центра устьевого модуля вокруг всех блок-модулей 8. В обоих коридорах 9, 10 установлены по сторонам выходные шлюзовые камеры 11, снабженные мобильными герметичными капсулами 12 для перемещения персонала и оборудования из ПЭП. По обоим круговым коридорам 9, 10 проложены все необходимые технологические трубопроводы, линии связи, управления и т.п. Количество блок-модулей 8 на ПЭП 1 определяется из условий эксплуатации для размещения энергетического, технологического модулей, модуля системы кондиционирования и очистки воздуха, насосного, компрессорного, вспомогательного, жилого модулей и других. Блок-модули 8 выполнены герметичными и изолированными друг от друга, и служат для размещения персонала и оборудования. При этом каждый модуль 8 обладает определенной автономностью управления и снабжен собственной балластной системой, предназначенной для вертикального перемещения вплоть до всплытия на поверхность. Опорная площадка 3 включает подводную опорную конструкцию 13, обладающую собственным избыточным модулем плавучести 14 выполненным в виде тора, секционированного танками с целью удержания всего комплекса в горизонтальном положении, поскольку все блок-модули могут существенно различаться по своей массе. Натяжные «связи» (опоры) 4 могут быть выполнены вертикальными и/или наклонными в виде многозвенных цепей и/или канатов и/или телескопических элементов, например трубчатых. Все скважины 7 защищены индивидуальными водоотделяющими колоннами 15, на концах которых установлены шарнирные устройства трубчатого типа 16. Подводная эксплуатационная платформа (ПЭП) дополнительно может быть оснащена вертикальной выдвижной трубой 17, снабженной в верхней части модулем плавучести 18. Модуль плавучести 18 выполнен в виде, например, полого тора, опоясывающего выдвижную трубу.

На место установки ПЭП сначала буксируют опорную площадку 3. Благодаря собственному избыточному модулю плавучести 14 эту площадку 3 погружают на расчетную глубину и крепят натяжными опорами 4 на морском дне 5. Далее в зависимости от условий при помощи кранового судна или автономно спускают и устанавливают на опорную площадку 3 опорное основание 2. Секционированный модуль плавучести подводной опорной конструкции 14 способствует сохранению равновесия (балластировки) в процессе замены и/или отсутствия одного или нескольких блок-модулей 8.

Бурение скважин производят:

- через представленную (заявленную) в данной заявке ПЭП 1 при помощи, например, полупогружной буровой установки/или (когда будет освоена технология подводного бурения) через один или несколько блок-модулей 8, которые будут укомплектованы всем необходимым буровым оборудованием.

При этом оканчивание (фонтанная арматура, уплотнение устья скважин и т.п.) располагается в устьевом модуле 6.

После завершения бурения всех скважин:

- полупогружная буровая установка отсоединяется от ПЭП, уходит по назначению на следующее месторождение/один/несколько блок-модулей 8, который(ми) был укомплектован необходимым буровым оборудованием, отсоединяют и уводят в док, а вместо него приходит другой блок-модуль с необходимым эксплуатационным оборудованием или уравновешивается модулем плавучести подводной опорной конструкции 14. После этого заявленный объект ПЭП начинает функционировать самостоятельно. При прохождении айсберга шарнирные устройства 16, установленные на индивидуальных водоотделяющих колоннах 15, обеспечивают отклонение всех устьев скважин и возврат в исходное положение. Вертикальная выдвижная труба 17 предназначена для подачи и/или вытяжки атмосферного воздуха, а также в качестве лифта для перемещения персонала. Предполагается, что ПЭП будет содержать все системы: кондиционирования и очистки воздуха, освещения, теплоснабжения, санитарно-бытового обеспечения аналогичны соответствующим системам атомной подводной лодки (АЛЛ), например, проект 941 («Акула»).

Итак, после завершения бурения (фиг.3) всех скважин полупогружная буровая установка отсоединяется от подводной платформы, уходит по назначению на последующие месторождения, и наш объект (ПЭП) начинает функционировать самостоятельно (фиг.1), т.е. наступает длительный этап эксплуатации (т.е. разработки месторождения). Необходимо еще раз отметить, что все блок-модули будут присоединяться к общему круговому коридорному отсеку, с помощью которого будет обеспечена возможность перемещения персонала в необходимые помещения.

Основной целью заявленного технического решения является создание такого подводного плавучего средства, которое бы позволило располагать скважины внутри объекта, в отличие от ставшей традиционной на больших глубинах устанавливать скважины на морском дне, которые практически недоступны водолазам, вследствие чего подводные устья скважин оснащают дорогой управляемой аппаратурой, далеко не всегда отличающейся надежностью и ремонтопригодностью (особенно в подводных условиях). В предлагаемом объекте фонтанная арматура всех устьев скважин, как и любое оборудование, установленное в блок-модулях, в любое время доступны для профилактики и проведения ремонта.

Реализация предложенного технического решения позволит повысить надежность строительства и эксплуатации подводных эксплуатационных платформ с одновременным обеспечением расположения скважин внутри объекта и обеспечить при встрече с подводной частью айсберга плавно и мягко его огибать и возвращаться в исходное положение после его прохождения.

1. Подводная эксплуатационная платформа для морской добычи нефти и газа, состоящая из опорного основания погружного типа, размещенного на опорной площадке, и натяжных опор; опорное основание в плане представляет собой круг и/или многоугольник, в центре которого расположен устьевой модуль с устьями скважин; вокруг устьевого модуля по периметру секторально расположены блок-модули, соединенные между собой для сообщения двумя, внутренним и внешним, круговыми коридорами; в коридорах установлены по сторонам выходные шлюзовые камеры, снабженные мобильными герметичными капсулами для перемещения персонала и оборудования; блок-модули выполнены герметичными и изолированными друг от друга и служат для размещения персонала и для осуществления периодических работ по техническому обслуживанию, ремонту и обследованию конструкций и технологического оборудования, автоматизированных систем управления и контроля, при этом энергетический блок-модуль платформы выполнен в виде автоматизированной атомной электростанции, предназначенной для энергетического обеспечения, а блоки-модули выполнены с компрессионным и насосным оборудованием, с автоматизированной системой управления, с водолазным и подводно-техническим оборудованием, которые предназначены для первичной подготовки продукции скважин к транспортировке до центральной технологической платформы и/или до морского отгрузочного причала с емкостью для хранения продукции скважин; каждый блок-модуль обладает автономностью управления и снабжен собственной балластной системой, предназначенной для вертикального перемещения вплоть до всплытия на поверхность; опорная площадка включает подводную опорную конструкцию, обладающую собственным избыточным модулем плавучести, выполненным в виде тора.

2. Подводная эксплуатационная платформа по п.1, отличающаяся тем, что устья скважин расставлены на равных между собой расстояниях, при этом все скважины защищены индивидуальными водоотделяющими колоннами, на концах которых установлены шарнирные устройства трубчатого типа.

3. Подводная эксплуатационная платформа по п.1, отличающаяся тем, что круговой внутренний коридор примыкает к устьевому модулю, а круговой внешний коридор проходит по большому радиусу от центра устьевого модуля вокруг всех блок-модулей.

4. Подводная эксплуатационная платформа по п.1, отличающаяся тем, что по обоим круговым коридорам проложены все необходимые технологические трубопроводы, линии связи, управления.

5. Подводная эксплуатационная платформа по п.1, отличающаяся тем, что натяжные опоры могут быть выполнены вертикальными и/или наклонными в виде многозвенных цепей, и/или канатов, и/или телескопических элементов.

6. Подводная эксплуатационная платформа по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно может быть оснащена вертикальной выдвижной трубой, снабженной в верхней части модулем плавучести, при этом модуль плавучести выполнен в виде полого тора, опоясывающего выдвижную трубу.

7. Подводная эксплуатационная платформа по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена подъемным механизмом, предназначенным при необходимости для ее опускания и подъема на безопасную глубину.

8. Подводная эксплуатационная платформа по п.1, отличающаяся тем, что все скважины защищены индивидуальными водоотделяющими колоннами, на концах которых установлены шарнирные устройства трубчатого типа, предназначенные для обеспечения отклонения всех устьев скважин и возврата в исходное положение после прохождения айсберга.