книги / Освоение малых морских месторождений

Подводные сепараторы — это сепараторы высокого давлении, а падение давления на устьевом штуцере носит номинальный ха­ рактер. Расход отсепарированной продукции регулируется в манифольде.

Конденсат снова закачивается в газовую линию с помощью насоса, либо за счет перепада давления на распределительном клапане.

Защита трубопровода от коррозии достигается, во-первых, подбором материалов (например, нержавеющей стали), во-вто­ рых, применением ингибиторов коррозии. Трубопровод должен выдерживать полное устьевое статическое давление. Обра­ зование кристаллогидратов можно предотвратить посредством за­

качки в выкидную линию метанола или гликоля. Этот метод экс­ плуатации трубопровода соответствует методам, практикуемым на некоторых платформах-спутниках.

Поверхностное оборудование. Предполагается, что подводная система сбора и подготовки газа может находиться на большем расстоянии от комплекса поверхностного оборудования, чем такая же система сбора и подготовки нефти. Поверхностное обору­ дование обеспечивает, как минимум, проведение сепарации, а также дегидрирование газа и конденсата. На более поздней стадии разработки месторождения, когда пластовое давление падает, к функциям поверхностного оборудования добавляется компримирование газа. Для нормальной работы установок по стабилизации газа и конденсата необходим контроль за точкой росы углеводородов.

Подача энергии и химических реагентов. Энергия и хими­ ческие реагенты (для защиты оборудования и трубопроводов) должны подаваться по подводным кабелям и трубопроводам.

Сбор и подготовка конденсата в подводных условиях

Предполагается, что конденсатные месторождения следует разрабатывать без искусственного поддержания давления закач­

кой газа в пласт. Подводная система сбора н подготовки конден­ сата аналогична системе, применяемой на газовых месторожде­ ниях. В зависимости от газового фактора по трубопроводу будет

транспортироваться двухфазный поток на расстояние, опреде­ ляемое проектом.

Разработка конденсатного месторождения требует сравнитель­ но, большого комплекса технологического оборудования, особенно для газа. Традиционные верхние строения характеризуются слож­ ностью и большой массой. Создание системы сбора и подготовки продукции конденсатного месторождения — сложная инженерная задача. Основное преимущество предлагаемой системы заклю­ чается в том, что она может играть роль спутниковой при основ­ ном добывающем комплексе.

Глава 2

ПЛАВУЧИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

В данной главе дается оценка плавучим эксплуатационным систе­ мам, работающим в Северном море. Одна из них принадле­ жит фирме «Hamilton Brothers» (месторождение Аргилл), а вто­ рая — фирме «British Petroleum» (месторождение Бучан). Затем рассматриваются новые модели полупогружных установок, ко­ торые используются в качестве плавучих эксплуатационных систем и эксплуатационных систем танкерного типа. На рис. 2.1 показана типичная плавучая эксплуатационная система.

МЕСТОРОЖДЕНИЕ АРГИЛЛ

На рис. 2.2 представлена схема обустройства месторожде­ ния Аргилл. Основная информация по месторождению Аргилл приведена ниже.

Компания-оператор,	па р тне р ы ........................................	Hamilton	Brothers. RTZ,
		Texaco,	Blackfriars Oil,
		Trans-European Co
Время о ткр ы ти я .................................................................		Октябрь,	1971 г.
Глубина моря, м ................................................................	д н а	79
Характер морского		Цехштейк+Ротлигендес

Глубина залегания				пласта, м ..............................		2743
Извлекаемые запасы, млн. м \						11,9
н а ч а л ь н ы е .....................................................................
т е к у щ и е		...........................................................................	нефтеотдачи			5,6 (на 31/ХП.81)
Коэффициент						0,35
Газовый	фактор,			м3/* !1 ..................................................		37,4
Содержание		серы,		% ..................................................		. 0,2
Начало	эксплуатации.......................................................				-	Июнь 1975 г.
Максимальная добыча в 1976 г., тыс. м3/сут -						. .3,7
Добыча	в 1981		г., тыс. м:1/ с у т ........................................			2,9
Особые	проблемы ............................................................					Добыча возможна только
						при благоприятных по­
						годных условиях, Запасы
Платформа						труднодоступны
		......................................................................	средства			Одна стальная плавучая
Транспортные						Выноской точечный при­
						чал 4- танкеры («Теод-
База снабжения (обслуж ивания)						женкитор», «Леонидас»)
						. Абердин
Капитальные вложения, млн. ф. ст:						90
на сегодняшний				д е н ь ..................................................
в с е г о ................................................................................		эксплуатационные расходы, млн.			ф.	125
Примерные						ст.
в г о д .................................................................................						5 5

Особый интерес представляет система эксплуатационного райзера.

3—Зшк. зоо

Рис. 2.1. Плавучая эксплуатационная платформа; .

I — опор КЗЯ ран»; 2 — уставая арматура на опорной раме; 3 — направляющи* воронки; 4 — централь­ ный опорный элемент конструкции; 5 — «-образные пвтрубкн и шлангу б — натяжные устройства рай зера; 7 — подъемная системе; 5 — полу погружная установка (система управления; эксплуатационное

оборудование; система швартовки; средства обеспечения водолазных работ); 2 — аерхнян компоновка рагаерн; W — уровень моря; / / — эксплуатационные, обслуживающие рзйэерч и рейзер транспорта продукции скважин. 12 — нижняя компоновке райэера. 13 — соединительные узлы райзера. 14 — манн фольд; 15 — блоки управления; /б — основание; /7 — морское дно; /б — устьевая арматура за яределамн опорной плиты

Система эксплуатационного райэера

Система эксплуатационного райзера на месторождении Аргилл состоит из стандартных узлов, которые в 1975 г. были собраны в уникальную по тем временам компоновку. Пять основных элемен­ тов системы идут снизу вверх в следующей последовательности:

34

Рис. 2.2. Общая схема обустройства месторождения Аргнлл;

/7 -	f r ; 30/2442: 2 -	30/24 2 (ликвидирована); 5 - 30/24-9; 7 - 30/24-6, Р — 30/2444, М — 30/24-5: /* — 30/24-3 {бывшая)- ЛПУ24 10 г					я*иовеяна к
	30/2443 (ликшировамв) ; 20 — 30/24-11; Л — двойная выкидная линия диаметром П4 ми, длиной 1029 и; выкидные лини*- * 1 от iia °						« £ £ ! ! !
рои	П 4 «и. длиной 701 и; в -	диаметром 114 ни, длиной ПВ7 и: /О — дианегром	И4	им, длиной	1127 и-	/5 - днанстоон 114 ни
		"Г Л ф < м ? ?i	v	ЛЛ*Н°ЙШ	“ :	- «муяогружмя плавучая эксплуатационная установка

М8 ф Д< "

W rw rlM танк^ У сносного точечного причала; 7/ - линия отгрузим нефти: 22 _ Уединение

а	20

21

Рис. 2.3. Система		эксплуатационного райзера (а) и схема райзерной					системы
на месторождении Аргклл (б):
t — смертвы*» якорь;		2 — постоянно?		основание; 3 — маипфольд;		4 — универсальны*	шарнир:
5 — направлявшие	воронки;		6 — к выносной у		точечному причалу;	7 — автоматические	затворы;
8 — универсал ьмый	шарнир;		9 — лники	оттружк	нефти наружный диаметром 273 мы. ндуша* от

теашмогичгского комплекса платформы к выносному точечному причалу;			tO — специальное задваткое
соединенна; П — утлы соединения;	(2 — гибкий трубопровод; }3 ~	к подводному маинфодьду; Ур­
одки из восьми «сплуатаинонных	рлйзероа наружным диаметром	П<	им; /5 — линии глушения.

«мертвый» якорь, постоянное основание, манифольл, райзеры и гибкие соединения (рис. 2.3).

Центральный райзер имеет номинальный диаметр в свету 254 мм и служит в качестве основного удерживающего элемента системы и райзера транспорта нефти. Этот элемент состоит из стыковочного узла, универсального шарнира и шести звеньев райзерных труб диаметром 254 мм и длиной 12 м, соединенных между собой стандартными муфтами для морских райзеров. Вок­ руг райзера диаметром 254 мм радиально расположены восемь эксплуатационных райзеров, каждый из которых имеет номиналь­ ный диаметр 102 мм и состоит из стыковочного узла, предохрани­ тельной муфты, одного звена райзерных труб диаметром 152 мм, длиной 12 м и пяти звеньев диаметром 102 мм, длиной 12 м, соеди­ ненных между собой замковыми соединениями диаметром 114 мм, Боковое движение плавучей эксплуатационной установки пере­ дается на райзерную компоновку, которая при этом отклоняется от вертикального положения. Райзер диаметром 254 мм передает это движение на универсальный шарнир, а райзеры диаметром 102 мм изгибаются в ответ на отклонение основного райзера. Сопротивле­ ние райзерной системы длительным изгибающим нагрузкам в значительной степени обусловлено большим диаметром и большой толщиной стенок нижнего звена райзерных труб. Направление р&й- зеров диаметром 102 мм определяется с помощью направляющих воронок, расположенных радиально вокруг основного райзера диаметром 254 мм через равные промежутки по всей его длине. Радиус изгиба райзеров диаметром 102 мм относительно универ­ сального шарнира достигает максимума за счет отсутствия нап­ равляющих воронок, начиная с высоты примерно 29,4 м от нижнего конца райзерной компоновки.

Верхний конец каждого райзера заканчивается s-образньш патрубком, который через гибкую трубу соединяется с неподвиж­ ным трубопроводом эксплуатационной установки.

Райзерная система испытывает постоянное натяжение. Натя­ жение центральной райзерной колонны диаметром 254 мм и рай­ зеров диаметром 102 мм достигается с помощью натяжных ус­ тройств, которые работают в половину расчетной мощности, исхо­ дя из того, что максимальное вертикальное перемещение установки при подсоединенном райзере равно 3 м. Подвижная головка райзе­ ра соединяется с фланцами палубного трубопровода с помощью

гибких шлангов.

•мнения; i f — уровень мора; 17 — толстое теиког заек» райзерных труб над зиимвтячееккм зат­

вором: 18 — кольцевой мвммДольд. соединяющий вес райзеры: 19 — от типичной					походной скважины,
20 — s образные патрубка;	— уровень пора:	22	одно	звено рянаерных труб диаметром 273 мм
Длиной 14.2 м я пять звеньев диаметром 273		мм	длиной	13.7 ы; 23 — одна	звено райзерных труб
Диаметром 166 м м д а н н о й 13.7 ч и пять звеньев		диаметром		214 м м . длиной ) 3,7	мм; 24 — стыковочный
удел и предохранительная	муфта, 25 — морское	дно

37

Основание и подводный манифольд

На месторождении Аргилл райзер установлен на основании, которое играет роль мертвого якоря и опорной конструкции для подводного манифольда (рис. 2.4),

Основание райзера состоит из двух частей: секции манифольда, в состав которой входят все автоматические клапаны с гидропри­ водом, и постоянного основания, включающего все клапаны с руч­ ным приводом, Постоянное основание прикреплено к мертвому якорю, заглубленному в морское дно, и не извлекается. Для обслу­ живания и замены гидравлических клапанов секцию манифольда можно извлекать.

Основание райзера (мертвый якорь) представляет собой железобетонное основание размером 12 м х 12 м, массой 500 т. Оно заключено в стальную раму, имеет вертикальные направля­ ющие стойки и центральную вертикальную трубу кондуктора диаметром 1069 мм. Труба кондуктора — это опорный и соедини­ тельный элемент постоянного основания; направляющие стойки

Рис. 2,4. Манифольд и основание райзера на месторождении Аргилл (с) и кон^

струкция основания райзера (6):

/ —линии товаркой нефти диаметром 254				мм; 2 — выкидные линии		диаметром Н4 мм; 3 — устье
(типичное);	4	ркйэер;	5 — моикфолъд;	6 «—MiMocNoft	точечный	причал;		7 — плавучий	шланг;
9 — тросы со стяжными			амнтамя. по одному в каждом		углу; 9 — планки с			проушинами а каждом
углу; Ю ~ а«щелкияакнииАск коллектор дал трубы диаметром 989 мм;						/ / ■— идишем с проушинами на
<перлом» якоре;		12 — труба диаметром 989 мм; /3 — «мертвый» якорь;					J4 — ребра жесткости; /5 —
рама для распределения			нагрузок. /5 — опорная кодониа; /? — тпеада				для	гидравлических	линий
управления;	/8 — аерхкяя рама осиоаания райаера

38

обеспечивают стыковку манифольда с постоянным основан и* ем. Боковые стороны мертвого якоря скошены в направлении мор­ ского дна и снабжены трубочными зажимами для выкидных линий.

В конструктивном отношении постоянное основание — даль­ нейшее развитие идеи, заложенной в направляющее постоянное основание для бурения, от угловых направляющих стоек которого отходят направляющие тросы. Направляющее основание пред­ назначено для обеспечения соединения подводных выкидных линий с манифольдом райзера. В конструкцию постоянного основания включены клапаны с ручным приводом, с помощью которых в случае необходимости можно перекрыть любую выкидную линию. Управление работой этих клапанов осуществляется с помощью водолазов.

Маннфольд райзера состыкован с постоянным основанием. Он устанавливается с помощью направляющих стоек. Затвор защелкивается посредством гидравлической системы. Идущие от скважин линии в месте стыковки основания и манифольда имеют соединительный узел с охватываемым и охватывающим элемента­ ми, линии внешнего транспорта нефти подсоединяются к макифольду посредством гидравлических соединительных узлов. Сис­ тема труб в самом манифольде устроена таким образом, что каж­ дая скважина через клапан с гидроприводом соединяется со своим райзером. Каждую скважину можно также подключать к «кольце­ вой магистрали» через Т-образное соединение с клапанами. Эта «кольцевая магистраль» выполняет две функции: позволяет осу­ ществлять подъем нефти из любой скважины по любому райзеру при необходимости ремонта райзера, а также создает возможность использования каждого райзера для обслуживания любого друго­ го райзера в целях промывки. Трубы манифольда заканчиваются в его верхней части соединительными узлами с гидроприводами. С этими соединительными узлами состыкованы райзеры, которые расположены радиально вокруг центрального райзера, имеющего больший диаметр, чем остальные.

Первоначально пакеты гидравлических линий управления сое­ динялись с манифольдом посредством гидравлического соедини­ тельного узла. Однако возникли проблемы, связанные с утечками и разного рода неполадками, вызванными воздействиями течений. Гидравлические соединения были заменены шарнирными. Сначала при компоновке манифольда применялись двухболтовые хомуты со стандартными кольцами АНИ или ВХ. По причине утечек нх приходилось часто подтягивать. Гораздо более эффективными оказались стандартные фланцы АНИ.

После трех лет эксплуатации в отводной трубе первоначально установленного подводного манифольда образовалась трещина, которую нельзя было ликвидировать на месте. Трещина явилась следствием усталостных напряжений в трубе, возникших в резуль­ тате натяжения райзера. В конструкции манифольда было преду­ смотрено разъемное кольцо, которое по замыслу должно было

39

предотвратить передачу натяжения райзера на систему труб манифольда. Штифты и гайки, которые удерживали разъемное

кольцо, периодически требовали подтягивания. Оно проводилось, но тем нс менее несколько раз штифты обрывались и их прихо­ дилось высверливать и удалять.

Во втором варианте манифольда эту проблему удалось решить, однако для предотвращения вывинчивания контргаек их дубли­ ровали.

На маиифольде было проведено большое число операций по подводному обслуживанию и ремонту, включая регулярную инспекцию и завинчивание болтов.

Требовали обслуживания и автоматические затворы. Наиболее часто они нуждались в замене уплотнений в соединительных узлах после защелкивания вслед за спуском райзера..

Защелкивание автоматического затвора осуществляется в ре­ зультате действия давления в цепи на защелкивающий поршень. После защелкивания давление в цепи падает, но защелка не пере­ водится в открытое положение. Для перемещения защелки подни­ мают давление в другой цепи, в результате чего поршень отодвига­ ется в прежнее положение.

Обычно в периоды добычи давление в цепи остается низким. На случай повреждения каждая из этих цепей имеет запасную. Обе цепи вводятся в автоматический затвор через ввинченный в корпус Г-образный элемент. Однажды во время шторма автома­ тический затвор не открылся, вследствие чего не удалось под­ нять райзер. К сожалению, открывающая цепь разорвалась у Г-образного элемента в момент сброса давления, к о разрыве цепи нельзя было узнать до того, как в цепи начали поднимать давле­ ние для открытия автоматического затвора. Частое инспектиро­ вание и внесение изменений в конструкцию позволили свести к ми­ нимуму эту проблему.

Райзер диаметром 273 мм имеет универсальный шарнир, через который проходит короткий шланг высокого давления. Такая кон­

струкция делает возможным угловое отклонение райзера от мани­ фольда. Шланг и втулки универсального шарнира заменяются ежегодно.

<

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ АРГИЛЛ

Эксплуатационные параметры месторождения Аргилл постоян­ но уточняются с учетом опыта и консультаций с страховыми компа­ ниями и с организациями, выдающими удостоверения о годности к эксплуатации. Граничные условия применения плавучих систем, в основном, определяются погодной ситуацией. Принцип заключает­ ся в реагировании на эффект погодных условий* а не на сами погодные условия, Тем не менее следует подчеркнуть, что реакция на плохую погоду не исключает учета опыта персонала» эксплуа­ тирующего системы оборудования. Обычно ухудшение погодных

40

условий означает постепенное усиление ветра и волнения моря. В этом случае ответные меры принимаются в обычном порядке. Од* нако при резком изменении погоды необходимы срочные дей­ ствия для обеспечения сохранности плааучей системы. В этом слу­ чае важно иметь полное представление о погодной ситуации и состоянии моря, а также иметь надежную службу прогнозирова­ ния погоды.

При установленном эксплуатационном райзере, соединяющем плавучую эксплуатационную систему «Трансуорлд-58» с подвод­ ным манифольдом, и при наличии танкера, пришвартованного к выносному точечному причалу, временное прекращение эксплуата­ ции месторождения по причине погодных условий осуществляется следующим образом.

По мере ухудшения погоды, которое обычно сопровождается усилением ветра с северо-запада, нарастает волнение моря. В ре­ зультате постепенно увеличивается натяжение швартова. Допусти­ мый предел натяжения швартова составляет 10 кН. Это натяже­ ние контролируется и регистрируется на баке и мостике танкера. При натяжении швартова в 10 кН преобладают такие погодные ус­ ловия, когда скорость ветра составляет примерно 72—81 км/ч, а высота волны — 7,5—9 м, однако эти условия могут существенно меняться в зависимости от направления ветра, периода волны и продолжительности нагружения.

Когда натяжение швартова достигает примерно 8,5 кН, добы­ ча на месторождении Аргилл прерывается, и содержимое райзерной системы вытесняется водой. Жидкость выпускается из сепа­ ратора (нефть поступает в танкер, а вода в море), и райзер транс­ порта нефти заполняется водой до манифольда. Все гидравличес­ кие задвижки на манифольде и клапаны на отводящих линиях зак­

рываются.

Танкер получает команду об отшвартовке. Сепаратор

освобождается от жидкости, чтобы уменьшить нагрузку на палубу баржи и предотвратить появление временных нагрузок во время кормовой и бортовой качки баржи.

Если лица, осуществляющие контроль за месторождением, считают, что погода не будет и далее ухудшаться, то после консуль­ таций с капитаном танкера может быть принято решение не преры­ вать швартовку. В этом случае после отсоединения грузового шланга танкер не уходит от выносного точного причала, а остается связанным с ним посредством швартова. Это позволяет немедленно прервать швартовку в случае необходимости. Если решение бьиш правильным, то после уменьшения натяжения швартова в резуль­ тате ослабления волнения моря грузовой шланг можно снова при­ соединить к танкеру и возобновить добычу,

Однако если танкер отшвартовался, а погода продолжает ухудшаться, следующим звеном в цепи действий будет контроль за вертикальной качкой баржи и натяжением якорных цепей. Эти данные позволяют следить за влиянием погодных условий. Натя­ жение якорных цепей, достигающее 6,6 кН, или вертикальный

41