шахтно-скважинная система добычи нефти и газа из морских месторождений и способ использования системы

Формула изобретения

1. Шахтно-скважинная система для добычи нефти и газа из морских месторождений или участков месторождений, залегающих под дном моря, содержащая подземный тоннель (или сеть тоннелей), проложенный от берега под дном моря в направлении месторождения, скважину (или систему скважин), устье которой расположено и оборудовано в тоннеле с возможностью последующего доступа и обслуживания со стороны тоннеля, загерметизированную под землей часть водоотделяющей колонны, соединенной с тоннелем, через которую пробурена указанная скважина, при этом в тоннеле расположен трубопровод (или сеть трубопроводов), предназначенный для транспортировки продукции из скважины на берег.

2. Шахтно-скважинная система для добычи нефти и газа по п.1, отличающаяся тем, что водоотделяющая колонна дополнительно имеет спиралевидные направляющие на внешней стенке колонны для ее эффективного и точного ввинчивания в дно моря.

3. Шахтно-скважинная система для добычи нефти и газа по п.1, отличающаяся тем, что подземный тоннель (система тоннелей или шахт) заполнен воздухом и имеет оборудование, обеспечивающее возможность безопасного нахождения людей в тоннеле.

4. Шахтно-скважинная система для добычи нефти и газа по п.1, отличающаяся тем, что подземный тоннель (система тоннелей или шахт) имеет подземные галереи увеличенного размера относительно диаметра тоннеля в местах концентрации скважинного и другого оборудования.

5. Шахтно-скважинная система для добычи нефти и газа по п.1, отличающаяся тем, что скважина (или система скважин), устье которой расположено и оборудовано в тоннеле с возможностью последующего доступа и обслуживания со стороны тоннеля, может иметь увеличенный диаметр, многоколонную конструкцию и несколько забоев в интервале продуктивного пласта.

6. Шахтно-скважинная система для добычи нефти и газа по п.1, отличающаяся тем, что скважины, устья которых расположены в тоннеле, сгруппированы в кусты из нескольких скважин с допустимыми технологическими зазорами между подземными устьями.

7. Шахтно-скважинная система для добычи нефти и газа по п.1, отличающаяся тем, что трубопровод (или сеть трубопроводов), расположенный в тоннеле, включает несколько технологических линий трубопроводов, например линии сбора и нагнетания, линии высокого и низкого давления, линии раздельного транспорта фаз.

8. Шахтно-скважинная система для добычи нефти и газа по п.1, отличающаяся тем, что подземный тоннель (система тоннелей или шахт) использован для расположения таких коммуникаций как, например, электрические кабели, системы вентиляции, линии связи, а также коммуникации, предназначенные для автономного функционирования системы.

9. Способ использования шахтно-скважинной системы для добычи нефти и газа из морских месторождений или участков месторождений, залегающих под дном, включающий сооружение подземного тоннеля (или сети тоннелей) под дном, установку водоотделяющей колонны с заглублением в дно, имеющей верхнюю - водоотделяющую и нижнюю - подземную части, соединение тоннеля с подземной частью водоотделяющей колонны, бурение скважины через водоотделяющую колонну, удаление после завершения бурения скважины нижней - подземной части водоотделяющей колонны в интервале тоннеля для получения доступа к подземному устью скважины и его обвязки, освоение скважины, удаление верхней - водоотделяющей части водоотделяющей колонны для полной подземной изоляции системы, подключение скважины к трубопроводу, проложенному в тоннеле, и передачу продукта из скважины по трубопроводу на берег.

10. Способ использования шахтно-скважинной системы по п.9, отличающийся тем, что водоотделяющую колонну устанавливают ударно-вращательным или другим способом в дно с плавучей платформы, которая имеет средства точного позиционирования и ориентации для обеспечения сквозного прохождения водоотделяющей колонны через ранее построенный тоннель.

11. Способ использования шахтно-скважинной системы по п.9, отличающийся тем, что прокладку тоннеля производят с использованием средств точного позиционирования и ориентации для обеспечения его стыковки с водоотделяющей колонной, ранее установленной в дно с плавучей платформы и дополнительно выполнившей функции изучения геологического разреза.

12. Способ использования шахтно-скважинной системы по п.9, отличающийся тем, что опустошение внутритрубного пространства скважины осуществляют путем снижения уровня задавочной жидкости в скважине ниже уровня тоннеля за счет увеличения плотности задавочной жидкости без оказания противодавления на продуктивный пласт.

13. Способ использования шахтно-скважинной системы по п.9, отличающийся тем, что освоение скважины осуществляют с использованием вертикальной факельной линии, установленной на подземной устьевой обвязке скважины и заканчивающейся на плавучей платформе.

14. Способ использования шахтно-скважинной системы по п.9, отличающийся тем, что нижнюю - подземную часть водоотделяющей колонны, оставшуюся после бурения скважины, расположенную над устьем скважины, расширяют до большего диаметра и используют в качестве технологического стакана для проведения последующих спускоподъемных операций при обслуживании скважины.

15. Способ использования шахтно-скважинной системы по п.9, отличающийся тем, что предусматривает возможность одновременной эксплуатации ранее пробуренных скважин и бурение последующих скважин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области освоения месторождений нефти и газа, залегающих под морским дном.

Известен способ использования системы для морской добычи нефти и газа, включающий бурение и завершение первой скважины на первой секции устья, осуществление бурения, установки обсадных труб на второй секции устья скважины, спуск операционного модуля с продуктовым трубопроводом и соединение на второй секции устья скважины с последующим продолжением бурения и завершением второй скважины, добычу продукта из первой скважины через манифольд и операционный модуль на второй секции устья скважины с одновременным продолжением бурения второй скважины /RU 2191888 С2, МПК 7 Е21В 43/013, Е21В 33/05, В63Н 25/00, Е21В 7/128, опубл. 27.10.2002/.

Известен способ подводной разработки месторождений нефти и газа, включающий бурение скважины с плавучей буровой платформы, установку герметичной камеры, внутри которой расположена фонтанная арматура, соединение ее с береговыми объектами при помощи тоннеля, проложенного по дну моря /Яблоков К.В. и др. Поиски, разведка и эксплуатация месторождений полезных ископаемых морского дна. - М.: «Недра», 1975. - С.171-172).

Известные способы освоения морской добычи нефти или газа для месторождений в условиях мелководных акваторий имеют недостатки, обусловленные неустойчивыми донными грунтами, течениями и сложной ледовой обстановкой (ледоходом), например, таких как Обская губа и Тазовская губа Карского моря. Традиционные решения по сооружению стационарных платформ и насыпных оснований предусматривает ледовую защиту, укрепление отсыпок скальными породами и т.д. Подводные системы добычи с размещением обвязки устьев скважин и системы сбора на дне моря также не вполне применимы из-за частого прохождения ледяных торосов, скребущих дно в период ледохода.

Известна морская буровая установка, включающая устье скважины и нефтепромысловое оборудование, установленные в тоннеле под дном морским /RU 2001135365 А, МПК Е21В 7/128, опубл. 27.10.2002/. Устье скважины расположено в монолитном вертикальном стволе, выступающем над поверхностью моря на высоту, равную высоте максимальной штормовой волны. Плавучая платформа смонтирована на выступающей части ствола. На уровне устья скважины в стволе расположен выход в тоннель, в котором установлено оборудование и трубопровод для отвода добытой нефти на поверхность.

Недостатком известной морской буровой установки является монолитный вертикальный ствол, выступающий над поверхностью моря, и ее неприменимость в качестве стационарной установки для добычи в условиях течений с прохождением массивных ледяных торосов.

Строительство и последующее функционирование известных способов наносит непоправимый ущерб окружающей среде, особенно в условиях пресноводных природных комплексов.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка способа и системы добычи нефти и газа на морском дне, предусматривающая безопасное проведение работ и дальнейшей эксплуатации.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении экологической безопасности добычи нефти и газа из морских месторождений.

Указанный технический результат по объекту - устройство достигается тем, что шахтно-скважинная система для добычи нефти и газа из морских месторождений или участков месторождений, залегающих под дном моря, содержит подземный тоннель (или сеть тоннелей), проложенный от берега под дном моря в направлении месторождения, скважину (или систему скважин), устье которой расположено и оборудовано в тоннеле с возможностью последующего доступа и обслуживания со стороны тоннеля, загерметизированную под дном часть водоотделяющей колонны, соединенной с тоннелем, через которую пробурена указанная скважина, при этом в тоннеле расположен трубопровод (или сеть трубопроводов), предназначенный для транспортировки продукции из скважины на берег.

Шахтно-скважинная система для добычи нефти и газа из морских месторождений может иметь следующие дополнительные признаки.

Водоотделяющая колонна может дополнительно иметь спиралевидные направляющие на внешней стенке колонны для его эффективного и точного ввинчивания в дно моря.

Подземный тоннель (система тоннелей или шахт) может быть заполнен воздухом и иметь оборудование, обеспечивающее возможность безопасного нахождения людей в тоннеле.

Подземный тоннель (система тоннелей или шахт) может иметь подземные галереи увеличенного размера (относительно диаметра тоннеля) в местах концентрации скважинного и другого оборудования.

Скважина (или система скважин), устье которой расположено и оборудовано в тоннеле с возможностью последующего доступа и обслуживания со стороны тоннеля, может иметь увеличенный диаметр, многоколонную конструкцию и несколько забоев в интервале продуктивного пласта.

Скважины, устья которых расположены в тоннеле (галереях), могут быть сгруппированы в кусты из нескольких скважин с допустимыми технологическими зазорами между подземными устьями.

Трубопровод (или сеть трубопроводов), расположенный в тоннеле, может подразумевать несколько технологических линий трубопроводов, в том числе линии сбора и нагнетания, линии высокого и низкого давления, линии раздельного транспорта фаз и т.п.

Подземный тоннель (система тоннелей или шахт) может быть использован для расположения таких коммуникаций как электрические кабели, системы вентиляции, линии связи и т.д., а также коммуникации, предназначенные для автономного функционирования.

Указанный технический результат по объекту способ достигается тем, что способ использования шахтно-скважинной системы для добычи нефти и газа из морских месторождений или участков месторождений, залегающих под дном, включает сооружение подземного тоннеля (или сети тоннелей) под дном, установку водоотделяющей колонны с заглублением в дно, имеющей верхнюю - водоотделяющую и нижнюю - подземную части, соединение тоннеля с подземной частью водоотделяющей колонны, бурение скважины через водоотделяющую колонну, удаление после завершения бурения скважины нижней - подземной части водоотделяющей колонны в интервале тоннеля для получения доступа к подземному устью скважины и его обвязки, освоение скважины, удаление верхней - водоотделяющей части водоотделяющей колонны для полной подземной изоляции системы, подключение скважины к трубопроводу, проложенному в тоннеле, и передачу продукта из скважины по трубопроводу на берег.

Способ использования шахтно-скважинной системы для добычи нефти и газа из морских месторождений может иметь следующие дополнительные признаки.

Водоотделяющую колонну устанавливают ударно-вращательным или другим способом в дно с плавучей платформы, которая может иметь средства точного позиционирования и ориентации для обеспечения сквозного прохождения водоотделяющей колонны через ранее построенный тоннель.

Прокладку тоннеля производят с использованием средств точного позиционирования и ориентации для обеспечения его стыковки с водоотделяющей колонной, ранее установленной в дно с плавучей платформы и дополнительно выполнившей функции изучения геологического разреза.

Опустошение внутритрубного пространства скважины осуществляют путем снижения уровня задавочной жидкости в скважине ниже уровня тоннеля за счет увеличения плотности задавочной жидкости без оказания противодавления на продуктивный пласт.

Освоение скважины (вызов притока) осуществляют с использованием вертикальной факельной линии, установленной на подземной устьевой обвязке скважины и заканчивающейся на плавучей платформе.

Подземную часть водоотделяющей колонны, оставшуюся после бурения скважины, расположенную над устьем скважины, используют в качестве технологического стакана для проведения последующих спуско-подъемных операций при обслуживании скважины, для чего расширяют ее до большего диаметра.

Способ предусматривает возможность одновременной эксплуатации ранее пробуренных скважин и бурение последующих скважин.

Между заявляемым техническим результатом и существенными признаками изобретения существует следующая причинно-следственная связь. Все элементы шахтно-скважинной системы для добычи нефти и газа из морских месторождений при ее использовании полностью изолированы от природных комплексов акватории и дна и расположены на достаточной глубине под землей (дном), а именно подземный тоннель (или сеть тоннелей), проложенный от берега под дном моря в направлении месторождения; скважина (или система скважин), устье которой расположено и оборудовано в тоннеле с возможностью последующего доступа и обслуживания со стороны тоннеля; трубопровод (или сеть трубопроводов), расположенный в тоннеле для транспортировки продукции из скважины на берег; коммуникации и оборудование, расположенное в тоннеле, в том числе для обеспечения автономного функционирования системы. Водоотделяющая колонна соединяет плавучую платформу и тоннель, что обеспечивает полную экологическую безопасность проведения стандартных технологических операций по бурению скважины. При этом при применении (образовании) системы шахтно-скважинной добычи нефти и газа тоннель сооружается под дном моря без нанесения экологического ущерба природной среде. Технологические операции по удалению после завершения бурения скважины нижней части водоотделяющей колонны в интервале тоннеля для получения доступа к подземному устью скважины, его обвязки и подключения скважины к подземному трубопроводу, удалению верхней - водоотделяющей части водоотделяющей колонны, обеспечивают полную подземную изоляцию системы и ее последующую экологически безопасную эксплуатацию.

Шахтно-скважинная система добычи нефти и газа из морских месторождений и способ ее использования (образования) поясняются чертежами, где на фиг.1 схематично изображена шахтно-скважинная система для добычи нефти и газа из морских месторождений, на фиг.2-10 подробно рассмотрен способ использования (образования) шахтно-скважинной системы для добычи нефти и газа из морских месторождений.

На фиг.1 показано месторождение углеводородов 1 под дном моря (h₁ - глубина моря 3-15 м); подземный тоннель (шахта) 2 (или сеть тоннелей), расположенный на значительном удалении от берега, проложенный на глубине h₂ - 50-80 м под дном моря в направлении месторождения (глубина прокладки подземного тоннеля определяется устойчивостью и геологическим строением пород верхней части осадочного чехла, показана предполагаемая глубина прокладки); плавучая платформа 3; водоотделяющая колонна (райзер) 4, существенно (более 50-80 м) заглубленная в дно и проходящая сквозь тоннель 2; направляющая колонна, через которую осуществляют бурение скважины 5 через внутреннюю полость водоотделяющей колонны (райзера) 4, установленной на расстоянии L₁ от берега; законченная бурением скважина 6, имеющая подземное устье 7 и обвязку, подключенная к трубопроводу 8, проложенному в тоннеле 2 для транспортировки продукции 9 из скважины 6 на берег; подземная часть 15 водоотделяющей колонны (райзера) 4.

На фиг.2 показан процесс строительства подземного тоннеля 2 под дном моря. При его строительстве используются стандартные способы, в том числе горнопроходческая техника 10, которая может иметь средства точного позиционирования и ориентации. Глубина прокладки тоннеля 2 определяется устойчивостью и геологическим строением пород верхней части осадочного чехла, предполагаемая глубина прокладки 50-80 м под дном моря. В процессе прокладки тоннеля 2 его стенки герметизируются и укрепляются (в т.ч. бетонируются) также стандартными методами, возможно сооружение дренажной системы. Диаметр тоннеля 2 зависит от технологических возможностей оборудования и от предполагаемой пропускной способности тоннеля 2 (диаметры и количество трубопроводов, коммуникации и т.д.). Стандартный диаметр тоннеля - 5 м. Длина тоннеля 2 будет определяться технико-экономическими критериями, отклонением L₂ забоя скважины от вертикали. Предполагаемая технологически возможная длина тоннеля 2 - несколько десятков километров.

На фиг.3 показан процесс установки водоотделяющей колонны (райзера) 4, которая представляет собой полую трубу из высокопрочной стали стандартным диаметром 1-1.5 м. Водоотделяющуюся колонну (райзер) 4 устанавливают с плавучей платформы 3, которая может иметь средства точного позиционирования и ориентации. Особенностью способа является заглубление водоотделяющейся колонны (райзера) 4 в дно моря и его соединение с тоннелем 2. При этом образуются верхняя - водоотделяющая и нижняя - подземная части водоотделяющейся колонны (райзера) 4. Длина нижней - подземной части водоотделяющейся колонны (райзера) 4 может быть больше длины верхней - водоотделяющей части. Сквозное прохождение водоотделяющейся колонны (райзера) 4 через тоннель 2 может обеспечивать система позиционирования. Процесс установки водоотделяющейся колонны (райзера) 4 может осуществляться ударно-вращательным или другим способом, для чего водоотделяющаяся колонна (райзер) 4 может дополнительно иметь спиралевидные направляющие на внешней стенке колонны для его эффективного и точного ввинчивания в дно моря. При приближении нижней точки водоотделяющейся колонны (райзера) 4 к тоннелю 2 производят окончательное позиционирование и подготовку технологических окон для сквозного прохождения водоотделяющейся колонны (райзера) 4 через тоннель 2. Водоотделяющая колонна (райзер) 4 может также выполнять функции свайного основания для последующего закрепления плавучей платформы 3.

На фиг.4 показан процесс, аналогичный представленному на фиг.3. При этом нижняя - подземная часть водоотделяющейся колонны (райзера) 4 проходит через галерею 13 тоннеля 2.

На фиг.5 показан процесс сооружения системы «тоннель-водоотделяющаяся колонна», в котором прокладка тоннеля 2 производится с использованием средств точного позиционирования и ориентации для обеспечения его стыковки с водоотделяющейся колонной (райзером) 4, ранее установленной с плавучей платформы 3. Данный способ исключает возможные обвалы тоннеля 2 при выполнении операций, показанных на фиг.3-4. При этом водоотделяющаяся колонна (райзер) 4 может быть установлена заблаговременно и законсервирована путем отсоединения верхней - водоотделяющей части водоотделяющейся колонны (райзера) 4 и герметизацией нижней - подземной части водоотделяющейся колонны (райзера) 4 крышкой. В процессе заблаговременной установки водоотделяющейся колонны (райзера) 4 могут быть дополнительно решены задачи геологического изучения разреза в районе будущей прокладки тоннеля 2, для чего нижняя часть водоотделяющейся колонны (райзера) 4 должна быть оборудована необходимыми устройствами (не показаны).

На фиг.6 и 6а показано рабочее состояние водоотделяющейся колонны (райзера) 4 для ее установки и бурения скважины, при этом верхняя - водоотделяющая часть 14 водоотделяющейся колонны (райзера) 4 и нижняя - подземная часть 15 водоотделяющейся колонны (райзера) 4 соединены друг с другом. Обе части водоотделяющейся колонны (райзера) 4 имеют фланцы, которые соединяются при помощи болтов 16 и имеют уплотнительные кольца 17.

На фиг.6б-6г показан процесс отделения после завершения бурения скважины верхней - водоотделяющей части 14 водоотделяющейся колонны (райзера) 4 и герметизация нижней - подземной части 15 крышкой 19. Для этого откручиваются болты 16 и закручиваются винты-заглушки 18, затем устанавливается крышка 19 и прикручивается болтами 16, после чего верхняя - водоотделяющаяся часть 15 водоотделяющейся колонны (райзера) 4 может быть извлечена. Процесс может быть выполнен в обратном порядке, в случае повторного соединения верхней - водоотделяющей 14 и нижней - подземной 15 частей водоотделяющейся колонны (райзера) 4.

На фиг.7 схематично показан процесс бурения скважины 5. Для выполнения технологических операций по бурению скважины 5 внутри водоотделяющейся колонны (райзера) 4 устанавливают направляющую колонну 20. Далее в процессе строительства скважины 5 используют стандартные методы и материалы, необходимое технологическое оборудование, расположенное, например, на плавучей платформе 3.

На фиг.8 показано состояние системы после завершения бурения и получения безопасного доступа к подземному устью 7 скважины 5. Для этого необходимо опустошить внутритрубное пространство скважины 5 путем снижения уровня задавочной жидкости 21 в скважине 5 ниже уровня тоннеля 2, например, за счет увеличения плотности задавочной жидкости 21 без оказания противодавления на продуктивный пласт. После этого удаляют часть 22 нижней - подземной части 15 водоотделяющейся колонны (райзера) 4 в интервале тоннеля 2, отрезают и поднимают на поверхность верхнюю часть направляющей колонны 20.

На фиг.9 показан процесс освоения скважины 5 (вызов притока) с использованием вертикальной факельной линии 23, установленной на подземной устьевой обвязке скважины 5 и заканчивающейся на плавучей платформе 3. Вызов притока и освоение скважины 5 осуществляют стандартными методами. В случае дополнительной интенсификации притока или ремонта скважины 5 работы могут быть проведены с плавучей платформы 3.

На фиг.10 показан процесс завершающей подготовки скважины 5 после успешного освоения. На подземном устье 7 устанавливают остальное оборудование, которое может быть стандартным. В соответствии с операциями, ранее показанными на фиг.6б-6г, осуществляют процесс отделения верхней - водоотделяющей части 14 в интервале тоннеля 2 для получения доступа к подземному устью 7 скважины 5 и герметизацию нижней - подземной части 15 крышкой 19. Крышка 19 может быть расположена на глубине 3-5 м под дном моря. Для полной подземной изоляции системы и ее последующей экологически безопасной эксплуатации удаляют верхнюю часть 14 водоотделяющей колонны - райзера 4. В случае необходимости водоотделяющая часть 14 может быть установлена снова. Нижняя - подземная часть 15, оставшаяся после бурения скважины 5 и расположенная над устьем 7 скважины, может быть дополнительно расширена и использована в качестве технологического стакана для проведения последующих спуско-подъемных операций при обслуживании скважины.

По окончании работ через трубопровод 8, который может иметь несколько технологических линий (линии сбора и нагнетания, линии высокого и низкого давления, линии раздельного транспорта фаз и т.п.), продукция из скважины 6 подается на берег для ее дальнейшего транспортирования. При этом возможно одновременное осуществление процесса бурения следующей скважины описанным способом, причем скважина (или система скважин) может иметь увеличенный диаметр, многоколонную конструкцию и несколько забоев в интервале продуктивного пласта. Скважины могут быть сгруппированы в кусты из нескольких скважин с допустимыми технологическими зазорами между подземными устьями. В местах концентрации скважинного и другого оборудования подземный тоннель 2 (или сеть тоннелей) может иметь подземные галереи 13 увеличенного размера относительно диаметра тоннеля 2. Для безопасного нахождения людей в подземном тоннеле (или сети тоннелей), он может быть заполнен воздухом. В подземном тоннеле (или сети тоннелей) могут быть расположены электрические кабели, системы вентиляции, линии связи и т.д., а также коммуникации, предназначенные для автономного функционирования.

Таким образом, заявляемая шахтно-скважинная система добычи нефти и газа и предлагаемый способ ее использования обеспечивает экологическую безопасность для окружающей среды, являются актуальными и перспективными для морских месторождений, так месторождений, расположенных недалеко от берега в акваториях и дельтах рек, в суровых климатических условиях.