Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Методы выбора рационального варианта нефтегазопромысловых платформ для освоения шельфа

ВАК РФ 25.00.18, Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Мирзоев, Фуад Дилижан оглы

Введение.

Основные защищаемые положения.

1. Обзор научно-исследовательских работ в области создания методических основ выбора оптимального варианта морских нефтегазопромысловых ледостойких платформ.

1.1 Классификация морских нефтегазопромысловых инженерных сооружений.

1.2 Состояние степени изученности факторов, влияющих на выбор типа нефтегазопромысловых сооружений.

1.3. Гидрометеорологический режим как фактор, определяющий типы ледостойких сооружений для освоения шельфа.

1.4. Методы выбора основных вариантов ледостойких платформ.

1.5. Автономность морских ледостойких платформ, как одним из элементов их оптимизации.

1.6. Оптимизация массогабаритных характеристик ВСП.

Выводы по главе 1.

2. Основные факторы, влияющие на особенности конструкции морского нефтегазопромыслового сооружения (МНГС).

2.1 Влияние технологических факторов на определение направления развития работ по созданию МНГС.

2.2 Гидрометеорологические и географические факторы.

2.3 Зависимость объемов морских строительно-монтажных работ от инженерно-геологических факторов.

2.4 Производственные факторы.

2.5 Факторы, определяющие направления морских буровых и эксплуатационных сооружений.

Выводы к главе 2.

3. Методы оптимизации автономности морских ледостойких нефтегазопромысловых сооружений..

3.1 Гидрометеорологические условия шельфа Российской

Федерации.

3.2 Методы проведения поисково-разведочных и эксплуатационных работ.

Баренцево море.

Карское море.

Охотское море.

3.3 Пути снижения стоимости морских нефтегазопромысловых сооружений.

3.4 Методические основы оптимизации автономности ледостойких платформ.

Выводы по главе 3.

4. Методические основы выбора рационального варианта морских нефтегазопромысловых сооружений.

4.1 Некоторые понятия технико-экономического анализа вариантов технических решений.

4.2 Методы оценки осуществимости вариантов ледостойких платформ.

4.3 Методика выбора оптимального варианта конструкции морских ледостойких платформ.

Выводы к главе 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Методы выбора рационального варианта нефтегазопромысловых платформ для освоения шельфа"

За последние 20-30 лет доля нефти и газа в мировом топливно-энергетическом балансе потребление составляет более 70% от всех видов источника энергии. Учитывая высокие экологические требования общественности, предъявляемые к строительству атомных и гидравлических электростанций, эта доля в будущем возрастет. Поэтому мировая нефтяная и газовая промышленность стала перед неизбежностью поиска, разведки, обустройства и эксплуатации месторождений континентального шельфа, превращая его в крупную базу углеводородного сырья, где ежегодно добывается 700 млн.т нефти и 300 млрд.м3 газа. Поисково-разведочные работы на нефть и газ производится на шельфах более 70 стран, включая арктические районы США и Канады. При этом доля нефти, добываемой в 45 странах в мировом объеме добычи уже превысила 30% и в перспективе должна возрасти до 45-65% (примерно к 2020г.). Суммарные ежегодные расходы на освоение ресурсов нефти и газа на шельфе развитых и развивающихся стран превышают 50 млрд.дол., из которых около 25% идут на поисково-разведочные работы. Например, на разведку и освоение нефтегазовых ресурсов только британского сектора Северного моря за 1965-1985г.г. было израсходовано более 60 млрд.долл. Эти огромные затраты позволили за 20 лет после начала работ довести уровень добычи нефти в британском секторе до 127,4 млн.т в год. Такой успех связан с разработкой правильной стратегии проведения поиска, разведки, обустройства, эксплуатации месторождений в данном морском регионе и создании необходимых для этого технологий, технических средств и сооружений.

Российская федерация обладает самым обширным в мире шельфом, площадь которого составляет почти 22% общей площади континентального шельфа Мирового Океана. Перспективными на нефть и газ являются 70% этой площади, основная часть которой приходится на замерзающие моря с тяжелым ледовым режимом, суровыми природно-климатическими условиями и слабо развитой береговой инфраструктурой (арктические и дальневосточные моря) (см. рис. 1.)

Отечественная и зарубежная морская нефтегазовая промышленность накопила большой опыт по освоению шельфа морей с умеренным климатом, но и она пока еще не располагает отработанной технологией и необходимыми техническими средствами для организации в широких масштабах буровых и эксплутационных работ в арктических условиях. Имеющийся канадско-американский опыт строительства нефтегазопромысловых гидротехнических сооружений в море Бофорта и в заливе Кука на Аляске, а также опыт эксплуатации первой в России ледостойкой платформы на месторождении Пильтун-Аастохское в условиях Охотского моря не являются оптимальными. Это обстоятельство требует проведения в настоящее время инженерного поиска новых решений с учетом позитивного и негативного опытов, полученных в результате эксплуатации искусственных островных и стационарных ледостойких сооружений, как в России, так и за рубежом.

Накоплен большой опыт проектирования и строительства опор мостов и других гидротехнических сооружений на реках, которые зимой покрываются мощным слоем льда. Вместе с тем, существующая гидрометеорологическая информация по перспективным на нефть и газ арктическим морям не может полностью удовлетворять проектировщиков при создании морских нефтегазопромысловых сооружений и выборе методов проведения буровых и эксплутационных работ на акваториях замерзающих морей, отличающихся сложностью ледово-гидрометеорологического режима.

При создании необходимых технических средств и технологий для освоения ресурсов нефти и газа арктического шельфа с тяжелыми ледовыми условиями необходимо учитывать, что эти акватории отличаются:

• суровыми природно-климатическими условиями с продолжительной холодной зимой и полярной ночью;

Л--\ ' t

ДдДмщц 0QpCkfit

Гкнктая

CQBOQChKUflbdu мехов

Лйматовскйя »

Нальет*

Междушорскаи

Мурманское

Восточно-Kop?.uhC*W т

МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Нефтяные

Гвзонефтяные

Газовые

Гзэоконденсатные Нефтегазоконденсатные площади йвеоенныо в бурение выведенные из бурения

СТРУКТУРЫ Открытые

Выявленные Анаиапии типа "Риф" "Залежь" X ПроЛнооозеМ'Пьсяоя

Предполагаемые ловушки неактиклинального типа

ПМ!

Гьщанский п-ов

Ямал гуфхая pyww /С^вврО ь I ОДмфская^Ь

Амдерма

КЯНИН

Нарьвм-мар

I ^ШШ

Яр-Сале

Салехард о.Кипьдин

Мурманск Тэрибер

Северо-восточный шельф Баренцева моря

Шельф Печорского моря

Приямальский шельф

Структуры Тазовской губы

OS

Рис. 1. Карга районов разведки и освоения ресурсов нефти и газа арктического шельфа

• тяжелым ледовым режимом, при котором толщина льда часто достигает 2,5 м и более. При этом ледяной покров достигает большой подвижности, вследствие чего происходит постоянное торошение. Зона припая обычно незначительна и чаще всего не превышает 10 км;

• сложными геологическими строениями морского дна и берегов, характеризующиеся наличием слабых илистых грунтов большой мощности;

• значительной удаленностью от промышленно развитых территорий и инфраструктур и почти не имеющимися транспортными коммуникациями. Использование морского транспорта в значительной мере осложняется наличием сложной навигационной обстановки и ограничивается мелководьем прибрежной зоны и отсутствием соответствующих портов;

• отсутствием местных строительных материалов, за исключением мелкозернистого песка.

Комплексный анализ этих характерных особенностей арктических морей показывает, что для освоения углеводородных ресурсов необходимо создать принципиально новые виды гидротехнических сооружений и технических средств, разработать специальные методики выбора рациональных типов объектов обустройства, обеспечивающих условия для нормальной работы персонала в экстремальных ситуациях.

Известно, что оптимальность технико-технологических решений в проектах обустройства прямо связана со стоимостью объектов обустройства, предназначенных для выполнения технологических процессов (бурения, добыча, сбор, подготовка к транспорту, хранение и др.), необходимых при освоении нефтегазовых месторождений. В связи с тем, что в морских условиях все эти процессы выполняются на платформах или других сооружениях (острова, эстакады и др.), к выбору оптимального варианта конструкции платформ требуется более строгий подход. Следовательно, 7 создание методических основ выбора оптимального варианта конструкции платформ определяет актуальность данной работы.

Целью диссертационной работы является разработка научно-обоснованных методов оптимизации выбора типов конструкций морских ледостойких платформ для конкретных условий нефтегазоносных районов арктического и дальневосточного шельфа России.

Поставленная цель достигаема путем решения следующих задач:

• Обоснование частотных характеристик морского волнения с целью выбора конструкции платформ для освоения глубоководных нефтегазовых месторождений;

• разработать метод определения рациональной автономности платформ с учетом выполнения технологических процессов (бурение и эксплуатации скважин) на ВСП и гидрометеорологических условий морского района, а также расстояния от береговой базы снабжения до места расположения платформ;

• обоснование критериев выбора конструкции вариантов платформ, позволяющих учитывать технические, технологические, производственные, экологические, экономические и др. аспекты проектирования, строительства и эксплуатации объектов обустройства;

• разработка метода выбора рационального варианта конструкций МНГС.

Научная новизна результатов исследований определяется следующими защищаемыми положениями:

1. Впервые с учетом частотных характеристик морского волнеия выполнено обоснование выделения зоны применимости глубоководных платформ.

2. Разработан новый метод обоснования автономности ледостойких платформ, включающих оценку горно-технологических характеристик 8 месторождений, гидрометеорологических условий и расстояния от платформ до береговой базы снабжения, позволяющий оптимизировать параметры верхней строения платформы (ВСП). Автором обоснованы критерии и разработан метод выбора рационального варианта конструкции платформы с учетом правовых и законодательных требований Российской Федерации.

Основные защищаемые положения

Обоснование оптимальных типов конструкций глубоководных платформ с учетом их частотных характеристик и других параметров морского волнения.

Метод обоснования рациональной автономности с учетом географо-гидрометеорологических и технологических условий освоения месторождений, позволяющий оптимизировать массогабаритные характеристики ВСП.

Разработка критериев выбора рационального варианта конструкции платформ с учетом технико-технологических и законодательно-правовых норм проектирования, строительства и эксплуатации объектов обустройства месторождений.

Метод выбора вариантов конструкции платформ, обеспечивающих эксплуатационную надежность и требуемую рентабельность освоения углеводородных месторождений.

Практическая ценность работы заключается в том, что в настоящее время разрабатывается проекты ледостойких платформ для Приразломного нефтяного и Штокмановского газоконденсатного месторождений, стоимость каждой из которых 1,5 млрд. долларов США. Использование результатов исследований данной работы позволяет оптимизировать массогоборитные характеристики ВСП и автономность ледостойких платформ, что дает возможность снизить общую стоимость платформ.

Реализация работы. Результаты нашли практическое применение при разработке в институте ООО "ВНИИГАЗ" и ЗАО "Морнефтегазпроект" 9 конструкции ледостойких платформ для обустройства и освоения Приразломного нефтяного и Штокмановского газоконденсатного месторождений.

Апробация работы. Отдельные положения диссертационной работы докладывались на Международных конференциях (RAO-Ol и RAO-03) "Освоение шельфа арктических морей России" (2001 г.,2003г, Санкт-Петербург), где получен «Диплом» конференции RAO-3, на заседаниях секции Ученого Совета ООО "ВНИИГАЗ" и на заседаниях кафедры "Освоение морских нефтегазовых месторождений" РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа содержит введение (Общую характеристику работы), четыре главы, заключения с выводами и предложениями, список использованной литературы из 40 наименований. Содержание изложено на 113 страницах машинописного листа и включает 23 рисунков и 5 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых", Мирзоев, Фуад Дилижан оглы

Основные результаты и выводы

1. На основании анализа и обобщения опыта проектирования, строительства и эксплуатации морских нефтегазопромысловых гидротехнических сооружений (МНГС) в нашей стране и за рубежом автором определена приоритетность факторов (гидрометеорологических, инженерно-геологических, геолого-технологических, промышленно-производственных и экологических), влияющих на выбор типа МНГС.

2. Наиболее перспективными для глубоких вод являются платформы на натяжных опорах (TLP), т.к. они пригодны для широкого диапазона глубин моря, а так же их стоимость значительно ниже чем стационарные платформы. Основным недостатком этой платформы является, пожалуй, необходимость сохранения ее плавучести (остойчивости) при всех погодных условиях, что несколько лимитирует вес верхнего строения платформ (ВСП).

3. По результатам анализа и обобщения различных подходов, сочетания продолжительности непогоды и расстояния между месторождением и береговой базой снабжения, а также с учетом суточного объема запасов на платформе и наличия соответствующих технических средств разработана методика определения автономности ледостойких платформ, являющейся одним из основных элементов оптимизации массогабаритных характеристик ВСП, удельная стоимость которого в несколько раз превышает удельную стоимость опорной части платформ.

4. Снижение массогабаритных характеристик ВСП достигается путем оптимизации автономности платформ и технико-технологических решений по добыче, сбору, подготовке продукции на ВСП.

5. Созданы методические основы выбора основного варианта ледостойких платформ, имеющих повышенную функциональную ответственность, позволяющие:

• определить и обосновать состав критериев оптимизации конструкции вариантов платформ с учетом технических, технологических, производственных, экологических, экономических и др. аспектов проектирования, строительства и эксплуатации объектов обустройства;

• учесть законодательно-правовые требования Российской Федерации;

• обеспечить ее эксплуатационную надежность и необходимую рентабельность освоения морских нефтегазовых месторождений.

6. Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в том, что стоимость каждой из рассматриваемых в проекте обустройства Штокмановского ГКМ платформ доходит до 1,5 млрд. долларов США. Использование данной методики позволит оптимизировать массогабаритные характеристики ВСП, автономность и опорную часть ледостойких платформ, что даст возможность снизить их стоимость, как основного объекта обустройства нефтегазовых месторождений.

7. Методические основы выбора основного варианта ледостойких платформ могут быть также использованы при выборе вариантов технологических схем обустройства месторождений.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Мирзоев, Фуад Дилижан оглы, Москва

1. Алексеев Ю.А., Афанасьев В.П., Литонов О.Е., Мансуров М.Н., Панов В.В., Трусков П.А. Ледотехнические аспекты освоения морских месторождений нефти и газа. Гидрометеоиздат, Санкт-Петербург., 2001г.;

2. Бреслов Л.Б. Технико-экономическое обоснование средств освоения Мирового океана Л.: Судостроение, 1982г. (Техника освоения океана) — 240 с. ил.;

3. Буслов В.М., Крэп Н.У. Проекты разработок и эксплуатации арктических месторождений. Фирма "Браун энд Рут". Переводное издание "Нефть, газ и нефтехимия за рубежом". №8, 1983г.;

4. Буслов В.М., Карзан Д.П. Проекты разработок и эксплуатации арктических месторождений. Фирма "Браун энд Рут". Переводное издание "Нефть, газ и нефтехимия за рубежом". №8, 1984г.;

5. Вяхирев Р.И., Никитин Б.А., Мирзоев Д.А. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений. М.: Изд. Академии горных наук, 2001.-460 с. 2-е изд.;

6. Гришин М.М., Слисский С.М., Антипов А.И., Воробьев Г.А., Иванищев В.Ф., Орехов В.Г., Пашков Н.Н., Поспелов В.Н., Рассказов Л.Н. Гидротехнические сооружения. М.: Высшая школа. 1979. — Часть 1.;

7. Гаджиев Ф.М. Научные основы проектирования морских стационарных платформ для освоения нефтегазовых месторождения. Ав.реф.диссер., Баку 1990г.;

8. Дерюгин К.К. Исследования морских льдов за рубежом. Гидрометеоиздат., Л., 1962г.;

9. Джунковский Н.Н., Каспарсон А.А. и др. Порты и портовые сооружения. М.: Стройиздат. 1967 - Часть 2;

10. Ю.Дехеккер Г., Прусков П., Ермаков А. Нефтедобывающий комплекс "Витязь" начинает работать. Труды четвертой международной конференции "Освоение шельфа арктических морей России" (RAO-99). С.-П.: 1999г.;

11. З.Кулиев И.П. Основные вопросы строительства нефтяных скважин в море. Изд. АзерНИИР,- Баку: 1958г. 370с.;

12. Н.Кулиев И.П., Гаджиев И.М. Первое разведочное основание демонтируемого типа. Сб.науч.трудов института Гипроморнефть. Баку. -1976г.-Вып.10.;

13. Максутов Р.А., Ростэ З.А., Соколов А.В., Вершинен С.А. Ледостойкая морская платформа. АС №1569384 опубл. 07.06.90, бюл №21

14. Мамедов Б.М., Махмудов Д.М., Гасанов А.Б. Бурение скважин на морских нефтяных месторождениях. Издательство "Недра", М.: 1968г., стр. 146.;

15. Мирзоев Д.А. Нефтегазопромысловые ледостойкие сооружения мелководного шельфа. М.: Изд. ВНИИОЭНГа, 1992г. - 155 е.;

16. Мирзоев Д.А., Корниенко О.А. Калмыкова К.Б., Пахомова Н.Е. Некоторые пути снижения стоимости нефтегазопромысловых платформ. Труды международной конференции "Освоение шельфа арктических морей России" (RAO-2001), С.-П., 2001г.;

17. Мирзоев Ф.Д., Морев Ю.А. Основы выбора автономности ледостойких платформ для условий морей Арктики "Дальнего Востока. Журнал "Вестник" Ассоциации буровых подрядчиков, №5 — М.: 2002г.;

18. Мирзоев Ф.Д. Методика выбора оптимального варианта конструкции морских ледостойких платформ. Журнал "Вестник" Ассоциации буровых подрядчиков, №1 М.: 2002г.;

19. Научно-техническое обеспечение технико-экономического обоснования обустройства Приразломного месторождения /ВНИПИморнефтегаз; Руководитель темы Мирзоев Д.А. М.: - 1994г.;

20. Никитин Б.А., Вовк B.C., Мандель А.Я., Мирзоев Д.А., Мансуров М.Н. Основные принципы обустройства месторождения Варандей море. Труды четвертой международной конференции "Освоение шельфа арктических морей России" (RAO-1999г.), С.-П.: 1999г.;

21. Никитин Б.А., Вовк B.C., Гриценко А.И., Мирзоев Д.А., Мансуров М.Н. Концепция освоения углеводородных ресурсов шельфа Печорского моря. Труды четвертой международной конференции "Освоение шельфа арктических морей" (RAO-1999г.), С.-П.: 1999г.;

22. Никитин Б.А., Вовк B.C., Мирзоев Д.А. Основные положения концепции освоения углеводородных ресурсов шельфа Арктики. Труды четвертой международной конференции "Освоение шельфа арктических морей" (RAO- 1999г.), С.-П.: 1999г.;

23. Носков Б.Д. Сооружения континентального шельфа. Московский инженерно-строительный институт им. В.В. Куйбышева, М.: МИМИ, 1985г. С.301.;

24. Оценочное изучение концепции платформы для разработки Штокмановского месторождения. Kvaerner Oil&Gas. Осло, 2000г.;

25. Отчет о научно-исследовательской работе: "Научно-техническое обеспечение технико-экономического обоснования обустройства

26. Приразломного нефтяного месторождения" /ВНИПИморнефтегаз; Рук. темы Мирзоев Д. А. М., 1994г.;

27. Правила безопасности при разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений на континентальном шельфе. (ПБ 08-353-00). Москва, НПО ОБТ, 2001 г.;

28. Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении. Изд. 2-е, переработано и дополнено М., "Недра", 1973г., 312 С.;

29. Симаков Г.В., Шхинек К.Н. и др. Морские гидротехнические сооружения на континентальном шельфе. Учеб. - П.: Судостроение. -1989г.;

30. Сулейманов А.Б., Кулиев Р.П., Саркисов Э.И. Эксплуатация морских нефтегазовых месторождений М.: "Недра", 1986г.;

31. Технико-экономического обоснование целесообразности создания Совместного Предприятия по освоению Штокмановского ГКМ: Отчет / ВНИПИморнефтегаз; Рук. темы Обухов П.А. Симферополь, 1990г.;

32. Технический отчет по теме: "Сравнение вариантов платформы для Штокмановского ГКМ", №-МИТЛ.Ф 009-00 ФГУП ЦКБМТ "Рубин", С.-П., 2000г.;

33. Фред С. Эллерс. Современные морские платформы для бурения скважин и добычи нефти. В море науки, №2, 1983г.

34. Халфин И.Ш. Воздействие волн на морские нефтегазопромысловые сооружения. М.: Недра. - 1990г.;

35. Цуриков В.Л., Церерина М.И. "Обзор иностранных исследований морского льда". Тр. ГОИН, 1964г., вып. 76;

36. Чубанов О.В., Шаталов А.Т. Состояние, проблемы и перспективы развития нефтяной и газовой промышленности Р.Ф. Тезисы докладов I Международной конференции "Освоение шельфа арктических морей России", сентябрь 1993г. С.-П., СПГТУ;