способ разработки месторождений углеводородов (нефти и газа) и подводная буровая установка для его осуществления в арктическом шельфе

Формула изобретения

1. Способ разработки месторождений углеводородов (нефти и газа) в арктическом шельфе, при котором заранее на судостроительном заводе изготавливают, по меньшей мере, четыре блока комплекса и делегируют каждому из блоков функциональную деятельность, к которой их и предназначают, а также укомплектовывают рабочими и специалистами, затем в летнее время года с помощью ледокола и буксиров доставляют по морю в собранном виде все блоки к лицензированному участку месторождения, где в прибрежном районе монтажники и строители устанавливают два вспомогательных блока, а именно военно-пограничную базу и медико-гостиничный комплекс, а в это время буровую установку и ее вспомогательный блок своим ходом направляют и монтируют под водой на глубине с помощью водолазов и техники соединяют между собой кабелями и трубопроводами все блоки и буровую комплекса.

2. Подводная буровая установка для осуществления способа по п.1, отличающаяся тем, что выполнена в герметичном корпусе, который снабжен двумя жестко смонтированными по противоположным бортам подводными лодками, снабженными люками и шлюзами приема и выпуска малых подводных аппаратов, причем рядом на дне якорями устанавливают вспомогательный блок, который конструктивно выполнен аналогично, но имеет внутри не буровую установку, а вспомогательное оборудование для приготовления бурового раствора и средства для очистки бурового шлама, а также очистительное устройство для очистки канализационных стоков, поступающих от всех блоков.

3. Подводная буровая установка по п.2, отличающаяся тем, что ее вспомогательный блок с подводными лодками снабжены обтекаемыми герметичными стойками, которые жестко укреплены на корме и в носовой части каждой из подлодок, и на этих стойках жестко укреплены корпуса этих блоков, причем внутри стоек монтируют указанные люки и шлюзы для малых подводных аппаратов, а под каждой из подлодок для более точного маневрирования и разворота на месте смонтированы поперек продольной оси дополнительные движители - винты с самостоятельным приводом каждый.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к судостроению и, в частности, к комплексам промысловой разработки морских и прибрежных газовых или нефтяных месторождений арктического шельфа в сложных гидрометеорологических условиях.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение безопасности производства буровых работ в отдаленных северных широтах при освоении шельфовых месторождений углеводородов. Данное изобретение позволит существенно упростить саму технологию и снизить трудоемкость возведения, создания и эксплуатации буровых средств, а также использовать для постройки таких комплексов и установок существующие мощности судостроительных предприятий при их оправданной модернизации.

Существо изобретения состоит в том, что заранее на судоверфи или на судостроительном заводе строят четыре самостоятельных блока, которые в летний период после их готовности и укомплектованности рабочей силы, с помощью ледокола и буксиров доставляют к лицензированному участку месторождения для добычи на шельфе. Затем, в прибрежном районе месторождения монтажники и строители устанавливают два вспомогательных комплекса блока. Два других блока, в том числе, бурильную установку и обслуживающий эту установку третий вспомогательный блок, своим ходом отводят в море на глубину примерно около тридцати метров. И с помощью якорных систем фиксируют на дне. Все блоки соединяют между собой электрокабелями и трубопроводами, а также обслуживают с помощью миниподводных аппаратов через вспомогательные шлюзовые устройства и люки, которыми снабжены все блоки комплекса.

Из технической литературы и патентных описаний известен такой технический уровень: например, «Комплекс Абрамова для промысловой разработки месторождений природного газа» (см., например, патент России № 2180305). Однако этот комплекс практически не применим в условиях арктического шельфа из-за дрейфующих льдов, которые со временем просто снесут эту бурильную установку и не дадут продуктивно работать.

Известна и подводная буровая установка, которая в подводных условиях снабжена герметичным корпусом (см., например, патент России № 2040637). Однако в этом техническом решении сосредотачивают внимание на повышении давления путем заполнения обсадной колонны труб, соединяющих люк с морским дном, жидкостью с удельным весом тяжелее морской воды на этой глубине. Но в этом случае не предусмотрено длительное обслуживание буровой установки, удаление шлама и обеспечение нормального уровня экологической чистоты работ.

Для полного представления об известном уровне техники в данной области следует отметить известность «взломщика льда» перед бурильной установкой, выполненного в виде соразмерной с платформой конструкции, основание которой закреплено на дне, а боковая поверхность представляет криволинейную форму в виде обращенного к ледяному пласту вогнутого гиперболлоида вращения, выполненного из прочной стали (см., например, патент США № 4325655). Другой вариант «взломщика» заякорен на определенной глубине (см. патент США № 4048943). Но эти «взломщики» ни от чего не спасают. Они в наших условиях не работоспособны. Делались попытки и разрушать наступающие льды с помощью вертикально вращающихся фрез (см., например, патент США № 3669052). Но это очень энергозатратная и малоэффективная при повторном замерзании технология.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что для обеспечения длительной и безопасной работы в условиях арктического шельфа при возможности удобного перебазирования с улучшением качества работ и обеспечением работоспособности обслуживающего персонала применяют разделение комплекса, по меньшей мере, на четыре блока, каждый из которых соединяют друг с другом с помощью электрокабелей, кабелей связи и трубопроводами, водообеспечением и с отводом стоков канализации. Причем, в первом блоке размещают военно-пограничную базу, а во втором блоке - медико-гостиничный оздоровительный центр всего обслуживающего персонала и туристов. Буровая установка и ее вспомогательное оборудование располагают в двух других блоках, которые с помощью атомных подводных лодок монтируют на заданной глубине буровых работ.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 условно-схематически показан весь комплекс, состоящий из четырех блоков (в минимальном составе). На фиг.2 - в изометрии блок № 3 или бурильная установка с неправильным вырывом в корпусе. На фиг.3 - в изометрии вспомогательный блок № 2 комплекса, выполненный в виде крупнотоннажного плав. средства. На фиг.4 показана в изометрии ходовая часть блока № 2, который с ним стыкуется во время транспортировки, на месте располагается рядом, но на расстоянии, ибо в этой части смонтировано атомно-энергетическая установка. На фиг.5 показан в изометрии вспомогательный блок № 3, в котором смонтировано оборудование для подачи бурового раствора к бурильной установке, а также шламоотделители от бурения скважины и вместе с тем, здесь же, установлено очистное оборудование сброса канализационных отходов от всех блоков. На фиг.6 показан в изометрии вспомогательный блок № 1, выполненный в виде ряда понтонов с регулированным заполнением секций, которые связаны между собой палубами формовой облегченной конструкцией. На фиг.7 представлена в изометрии с вырывом в корпусе часть блока № 1, в котором расположены склады и ангары с вооружением, бронетехникой, казармы для личного состава военнослужащих и боеприпасы. На фиг.8 представлена в изометрии схема баржи с самостоятельными атомными энергетическими установками и малым нефтеперерабатывающим заводом, из которого идет перегрузка в доставочные средства нефтепродуктов и сжиженного газа.

Предлагаемая конструкция блока № 1 представляет собой выполненную на заводе плавучую структуру, собранную из герметичных понтонов 9, каждый из которых имеет регулируемую степень заполнения, а все понтоны жестко соединены между собой горизонтальными палубными плоскостными фермами 10, в которых выполнены люки с аппарелями 11 для спуска и подъема техники на разные уровни. Между секциями понтонов расположены ангары и склады для вооружения и боеприпасов. Самая верхняя часть блока № 1 отрихтована и служит для взлетно-посадочной площадки, здесь же имеется командно-диспетчерский пункт 12, который связан с навигаторами «Большой земли».

Блок № 2 конструктивно выполнен в виде крупно-тоннажного плавучего средства катамаранного типа, которое предназначено для медицинского и гостиничного обслуживания всего персонала комплекса, с оборудованными кабинетами и каютами отдыха, со столовыми и ресторанами для обслуживания по различным категориям как самого персонала, так и гостей - туристов Крайнего Севера. Этот блок снабжен камерами хранения продуктов и медикаментов, багажа и вспомогательной техники, с холодильниками и кондиционерами.

На фиг.4 показана часть блока № 2, который служит ходовой частью при его транспортировке к месту работы. Эта часть снабжена самостоятельной атомно-энергетической установкой 8, поэтому во время работы эту часть располагают на некотором отдалении на берегу, чтобы не допустить вредного влияния атомной энергии на персонал, хотя там имеется надежная AЗ - атомная защита. Блок № 2 имеет самостоятельную службу охраны и поддержания порядка. На крыше блока № 2 имеются дополнительные резервные взлетно-посадочные полосы, которые позволяют обеспечить всех желающих в необходимых им направлениях, а также для обеспечения воздушных экскурсий. В нижней части блок № 2 имеет между катамаранными корпусами не замерзающие бассейны, которые подогревают выхлопным паром от электростанции 8. В эти акватории свободно входят миниподводные транспортные аппараты, служащие для связи с другими блоками комплекса.

Третий блок представляет собой вспомогательный блок, служащий для приготовления в нем бурового раствора, а также для очистки шламов из скважины. Конструктивно блок № 3 представляет собой две самые мощные современные атомные подводные лодки 6, которые снабжены расположенными сверху стыковочными люками со шлюзами, которые расположены в герметически сваренных и обтекаемых стойках 13, которые удерживают над собой корпус 14, внутри которого смонтировано очистное оборудование 15. В нижней части каждая из подводных лодок 6 снабжена малыми движителями 16, которые позволяют блоку проводить очень точные маневры. В очистном блоке № 3 имеется и очистное оборудование для стоковых канализационных отходов, которые здесь концентрируются, осветляются и очищаются. На самих стойках 13 предусмотрены канатно-якорные системы для фиксации всего блока № 3 на дне. Следует упомянуть, что этот блок № 3 связан кабелями и трубопроводами со всеми блоками комплекса.

Основной блок № 4 - буровой блок, по конструкции аналогичен блоку № 3, но имеет герметичный корпус 17, укрепленный на стойках 13 обтекаемой формы, и внутри них имеются люки и шлюзы для сообщения этих лодок 6 с корпусом 17. Внутри корпуса 17 установлена буровая вышка 18 с обслуживающим краном 19, который подает колонны труб к ключу и ко вращателю. При этом, в корпусе блока № 4 имеется запас сменного бурового инструмента, который бурильщики выбирают в процессе уточнения условий и результатов бурения. Сам процесс идет по общеизвестной технологии. Вначале этот блок № 4 точно устанавливают над обсадной колонной 7, которая заполнена раствором, удельный вес которого больше, чем морская вода на дне, где установлена колонна 7.

Как вариант данного способа, для его осуществления оборудование может быть дополнено баржей, например, на воздушной подушке максимального водоизмещения и которая снабжена атомно-энергетическими установками и небольшим нефтеперерабатывающим заводом. Следует учитывать, что нефти шельфа очень вязкие и, поэтому, малоценные, следовательно, их переработка в непосредственной близости от места добычи позволит повысить рентабельность добычи.

Работает данный способ растянуто во времени и пространстве, а именно, заранее строят по меньшей мере четыре блока на судостроительном заводе, и все эти блоки на плаву по морю доставляют с помощью ледоколов и буксиров к лицензированному участку месторождения, где и располагают их так: два вспомогательных блока - в прибрежной зоне, а два других - самоходно подводно помещают недалеко от первых двух и соединяют все блоки друг с другом кабелями и трубопроводами, используя при этом экипажи подводных лодок. В связи с тем, что каждому из блоков делегированы определенные функции, их экипажи уже укомплектованы и, поэтому, на месте сразу же приступают к выполнению своих обязанностей. Личный состав блока № 1 несет погранично-охранную службу и обеспечивают охрану всех блоков. Экипаж блока № 2 уже в пути следования, готовит пищу и обеспечивает питанием весь комплекс. На месте добычи они принимают вахты и обеспечивают медицинское обследование, лечение и отдых. Буровики-подводники в блоке № 4 готовят буровой раствор и обеспечивают его подачу, а также перерабатывают все отходы, не допуская экологически вредных выбросов. В блоке № 5 начинают бурение скважины и предварительно устанавливают с помощью подводно-водолазных работ колонну 7, с которой стыкуют весь блок № 5, и фиксируют якорями. Между блоками № № 2, 4, 5 курсируют подводные аппараты, которые осуществляют подвоз питания и смену вахт обслуживающего персонала через шлюзовые устройства, которые имеются во всех блоках.

На всех атомно-энергетических установках проводятся штатные работы по обеспечению бесперебойного и надежного снабжения всех блоков электроэнергией и теплом. Буровики-подводники в блоке № 5 ведут бурение обычным известным способом, но это производят в герметичном корпусе этого блока, где обеспечивается кондиционирование воздуха, чтобы создать нормальные условия работы. Вахты буровиков и мастера по согласованному графику меняют друг друга и отправляются через шлюзовые камеры подводными аппаратами на отдых в блок № 2, то же самое происходит в блоке № 4. Экипажи подводных лодок 6 также организуют посменное дежурство, с использованием возможностей блока № 2. У личного состава блока № 1 - свой распорядок несения службы, и он не связан с буровым процессом, а является независимым, самостоятельным, в соответствии с воинским уставом и условиями контракта военнослужащих. Таким образом, бурение ведут непрерывно, сменно-вахтовым режимом, следя за процессом бурения по приборам с поправками на конкретные горно-геологические условия, в которых производят бурение. Все направлено на то, чтобы обеспечить непрерывный, эффективный и безопасный режим работы бурового блока, а также взаимодействие в работе всех блоков комплекса. Как в едином организме работа всех блоков взаимосвязана и направлена на достижение поставленных целей и конкретных задач. При достижении первых результатов бурения, например, при вскрытии нефтеносного горизонта, производят передислокацию блоков № № 4, 5 на новое место бурения, а на вскрытом участке можно поработать вначале бурением веера наклонных скважин. В зависимости от ситуации, если наступило лето, то к этому моменту могут доставить уже изготовленную баржу с малым нефтеперерабатывающим заводом, который дополнительно снабжен резервуарами, хранилищами, насосами и гибкими трубопроводами для перегрузки добытой нефти в танкеры, которые в летний период могут доставить сырье потребителю. Одновременно с этим, на пробуренные скважины устанавливают в герметичных корпусах насосы-качалки, которые по трубопроводам подают добытую нефть в резервуары хранилища. А если есть время до лета, то самое выгодное - это бурить наклонный куст скважин без перебазирования, что позволит повысить интенсивность разработки месторождения.

Предлагаемый способ разработки не является простой организацией работ, т.к. содержит принципиально новые процессы и операции, а также новые связи между ними, и определенные как взаимозависимые и взаимосвязанные во времени и пространстве. Способ включает в свой состав предварительное изготовление на судостроительном заводе блоков и оборудования с применением уже опробованных подводных лодок-атомоходов. При некоторой их модернизации и с конструктивными улучшениями с добавкой аппаратов подводной эвакуации экипажа.

Каждому из блоков комплекса делегируют или предназначают определенную функциональную деятельность, для которой их оборудуют и комплектуют работниками и специалистами - контрактниками. В таком виде, практически готовые к работе, блоки транспортируют к месту разработки определенного участка месторождения и сразу же при доставке начинают разработку без простоев. Все блоки комплекса соединяют между собой электрокабелями и трубопроводами, а также применяют для связи и обеспечения работ миниподводные аппараты, которые курсируют между блоками и производят доставку групп рабочих и специалистов по назначению через шлюзы и камеры. Такое совмещение и во времени, и в пространстве устройств техники и оборудования вместе с рабочими и специалистами позволит избежать потерь времени и простоя оборудования непосредственно во время разработки месторождения, а также исключит ЧП. Собственно процесс бурения выбран из ряда известных и допускают его открытость к применению любых оправданных и опробованных инструментов и технологических приемов, которые направлены на повышение производительности труда и безопасности работ, в особенности, для предотвращения и тушения пожаров, внезапных выбросов и др. ЧС.

Способ позволяет интенсивно использовать заводские ресурсы и на их основе обеспечить качественное, а значит и безаварийное, производство и монтаж на месте ведения основных и вспомогательных работ. Устройства для осуществления работ по данному способу имеют ряд существенных отличий, которые конструктивно могут быть доразработаны, но их варианты должны быть направлены на безотказное функционирование малых подводных аппаратов, которые, можно ожидать, помогут решать вопросы безопасной экстренной эвакуации кадров в экстренных случаях и в повседневной работе при взаимодействии блоков всего комплекса.

Перечень последовательностей способа разработки месторождений:

- предварительно изготавливают по меньшей мере четыре блока на судостроительном заводе;

- делегируют этим блоком функциональное предназначение и, в соответствии с этим, их снабжают соответствующим оборудованием: материалами и кадрами;

- в летнее время блоки с помощью ледокола и буксиров доставляют по морю в собранном виде к лицензированному участку месторождения;

- в прибрежном районе монтажники - строители устанавливают два вспомогательных блока, а именно: военно-пограничную базу и медико-гостиничный комплекс с его ходовой частью;

- блоки соединяют между собой кабелями и трубопроводами;

- одновременно с этим, буровую установку и ее вспомогательный блок своим ходом перемещают и монтируют под водой над местом бурения скважины;

- соединяют все блоки между собой кабелями и трубопроводами;

- включают энергию и начинают бурение скважины известным способом и ведут это бурение сменно-вахтовым методом, организуя работы смен;

- после вскрытия нефтеносного или газоносного горизонта производят перебазирование своим ходом буровой установки с ее вспомогательным блоком на новое место бурения;

- над пробуренной скважиной в герметичном корпусе устанавливают насос - качалку, который соединяют с хранилищем добытых полезных ископаемых;

- (как вариант) производят доставку и монтаж в прибрежную зону собранную на заводе баржу с дополнительными атомно-энергетическими станциями и с мини нефтеперерабатывающим заводом, снабженным резервуарами-хранилищами.

При вскрытии скважины месторождения газоносного или нефтяного, газ будут собирать и отводить по трубопроводу в дополнительный рядом расположенный блок № 3.

Дополнительный блок № 3 снабжен конденсаторами, холодильниками и компрессорами для сжижения добытого газа и отправляют его в жидком состоянии в сборочно-транспортные емкости, в которых его и будут транспортировать потребителю.

Для длительного накопления сжиженного газа снаружи дополнительного блока № 3 временно устанавливают целую серию сборочно-транспортных емкостей, которые подключают по мере их заполнения добычей к сжижающему оборудованию.

Сборочно-транспортные емкости приспособлены для одиночной или групповой транспортировки и доставки потребителям сжиженного газа.