СПОСОБ ОБУСТРОЙСТВА МОРСКИХ ТЕРМИНАЛОВ ПО ДОБЫЧЕ ПОДВОДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ

Изобретение относится к газонефтяной промышленности, а более конкретно к объектам обустройства морского месторождения углеводородов, преимущественно расположенных на континентальном шельфе Северного Ледовитого океана.

В соответствии с новыми Правилами классификации, постройки и оборудования плавучих нефтегазовых комплексов, включая правила постройки и оборудования подводных добычных комплексов (см., например, Н. Решетов. Арктика диктует правила // Морской бизнес Северо-Запада. 2009, №1(14), с. 43), объектами обустройства морских месторождений углеводородов являются не только плавучие буровые установки, морские стационарные платформы, морские ледостойкие стационарные платформы, но и морские подводные трубопроводы, подводные добычные комплексы, райзеры, точечные причалы для отгрузки углеводородов, а также плавучие объекты, осуществляющие подготовку, переработку, хранение и отгрузку углеводородных продуктов.

Разработка морских нефтегазовых месторождений длится 20-30 лет и более. При этом изменяются фонд эксплуатационных скважин, их дебиты и обводненность. В течение этого времени имеющаяся система сбора и подготовки должна обеспечивать, в том числе, и безопасные условия эксплуатации объектов обустройства и работы обслуживающего персонала (Вяхирев Р.И., Никитин Б.Α., Мирзоев Д.А. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений. - М.: Академия горных паук, 1999, с. 39).

Дно океана подвержено активным геодинамическим процессам. Более 80% всех землетрясений происходит под дном морей и океанов (Л.И. Лобковский, Д.Г. Левченко, А.В. Леонов, А.К. Амбросимов / Геологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий. - М.: Наука. 2005, с, 18). По разным оценкам общее число морских землетрясений с магнитудой больше 3 превышает 100 тыс. в год. Землетрясения концентрируются в основном вдоль срединно-океанических хребтов и в прибрежных районах вблизи островных дуг и сейсмически активных материковых окраин.

Многочисленные тектонические разломы в океанической коре служат источником горячих минерализованных вод.

Непрерывный рост мировых потребностей в углеводородном сырье определяется необходимостью поиска новых областей, перспективных для нефтегазодобычи. В настоящее время наблюдается перенос разведочных работ, проводимых ведущими нефтяными компаниями, с морского шельфа на большие глубины - в пределы континентального склона. Крупные глубоководные нефтегазовые добывающие комплексы расположены на континентальных окраинах в разных частях Мирового океана.

Можно предположить, что в ближайшие годы мировая нефтегазовая индустрия, активно развивающаяся в пределах шельфов и континентальных склонов, станет одним из главных факторов антропогенного воздействия на экосистему Мирового океана. В связи с активным освоением шельфа для нефте- и газодобычи, прокладкой подводных трубопроводов и кабелей связи донные землетрясения и провоцируемые ими явления становятся чрезвычайно опасными как для самих морских сооружений, так и для экологии региона в целом. Кроме того, имеется возможность появления наведенной сейсмичности при извлечении больших объемов нефти и газа из земных недр.

Донная сейсмическая активность концентрируется в прибрежных зонах континентальных окраин, островных дуг и срединных океанических хребтов.

На дне океана происходит непрерывный обмен водных масс с корой Земли. При повышении внутрикорового давления, что может происходить, например, при подготовке сильного землетрясения, флюиды, содержащиеся в порах коры, «выдавливаются» в придонный слой, вызывая существенное изменение его свойств. На суше это явление приводит к повышению уровня подземных вод в скважинах и служит одним из признаков для прогноза землетрясений (Л.И. Лобковский, Д.Г. Левченко, А.В. Леонов, А.К. Амбросимов / Геологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий. - М.: Наука, 2005, с. 22).

При разработке проектов нефтегазового комплекса, безусловно, проводится оценка сейсмической опасности. Однако при этом за основу обычно берутся среднестатистические данные для региона. Практически не проводятся специальные сейсмологические исследования по изучению активности близко расположенных тектонических разломов, кратеров грязевых вулканов и т.д., что может приводить к тяжелым авариям. Кроме того, предварительные морские сейсмологические исследования позволят уточнить степень сейсмической опасности конкретного района, поскольку сейсмическое районирование производилось, в основном, по данным стационарной сети сейсмостанций, расположенных только на суше, и крайне неравномерно (Л.И. Лобковский, Д.Г. Левченко, А.В. Леонов, А.К. Амбросимов / Геологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий. - М.: Наука, 2005, с. 24).

В процессе эксплуатации крупного нефтегазового месторождения сейсмическая обстановка может изменяться вследствие нарушения тектонического равновесия при извлечении больших масс добываемого продукта. Разрушительное землетрясение в районе Нефтегорска на Сахалине, по мнению специалистов, могло быть вызвано подобными причинами. Аналогичные явления наблюдались в районе Газли (Средняя Азия), где извлечение больших объемов газа привело к значительному усилению сейсмической активности, сопровождавшейся рядом сильных землетрясений (Л.И. Лобковский, Д.Г. Левченко, А.В. Леонов, А.К. Амбросимов / Геологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий. - М.: Наука, 2005, с. 24 [1]).

Морские регионы России, перспективные в направлении развития нефтегазового комплекса (Сахалин, Каспий, северо-восточная часть Черного моря, Баренцево и Карское моря), характеризуется заметной сейсмической активностью (Л.И. Лобковский, Д.Г. Левченко, А.В. Леонов, А.К. Амбросимов / Геологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий. - М.: Наука, 2005, с. 24).

При интенсивной добыче наблюдается деформация (проседание) дна, изменение сейсмической активности в диапазоне от 0,01 Гц («ползущие» землетрясения) до 500 Гц (образование микротрещин в твердых породах дна).

В процессе эксплуатации меняется интенсивность добычи, зависящая от многих причин (давления на глубине, сейсмической активности, обводненности и др.).

При разработке проектов и сооружении всех объектов обустройства морских нефтегазовых месторождений предусматривается комплекс мероприятий, исключающих нанесение ущерба окружающей среде в результате проведения работ (Вяхирев Р.И., Никитин Б.Α., Мирзоев Д.А. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений. - М.: Академия горных наук, 1999, с. 39). Однако, в части проведения систематического сейсмического мониторинга в регионе обустройства морских нефтегазовых месторождений по мере их эксплуатации, такие работы не предусмотрены (Вяхирев Р.И., Никитин Б.Α., Мирзоев Д.А. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений. - М.: Академия горных наук, 1999, с. 19-47 [2]).

Известные конструкции морских платформ для добычи подводных углеводородов (Вяхирев Р.И., Никитин Б.Α., Мирзоев Д.А. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений. - М.: Академия горных наук, 1999, с. 122 [2], патент RU 2349705 С1, 20.03.2009 [3], RU 2378531 С1, 10.01.2010 [4], RU 2078988 С1, 10.05.1997 [5], RU 2198260 С2, 10.01.2003 [6], патент RU №2408764, 10.01.2011 [7], патент WO №2009153530 А2, 23.12.2009 [8], также не содержат средств сейсмического мониторинга.

Известные донные станции (патент RU №2377606, 27.12.2009 [9], патент RU №24890 U1 27.08.2002 [10], патент RU №54171 U1 10.06.2006 [11], патент US №6842006 В2 11.01.2005 [12], патент GB №2439378 А1 22.12.2007 [13]) в принципе могли бы быть использованы для проведения локального мониторинга в регионах добычи углеводородов, но они обладают рядом недостатков, такими как:

- невозможность полной и адекватной передачи изменяющихся параметров грунта на датчики измерения сигналов, установленные на опорной трубчатой раме, снабженной металлическими механизмами откидывания и прижимания к грунту, что в сочетании с наличием границы грунт-металл вызывает дополнительные погрешности при прохождении акустических сигналов и в конечном итоге приводит к искажению результатов измерений;

- использование механизмов откидывания и прижимания к грунту недостаточно эффективно вследствие их сложности, отсутствия контроля за их установкой, что приводит к попаданию блока измерительных датчиков в рыхлый грунт дна и, как следствие, к нарушению работоспособности;

- ограничения по глубине постановки, высокий риск потерь станции и требуют достаточно сложной технологии спусковых и подъемных работ;

- недостаточная точность измерений, ограниченная область применения;

- возможность снятия только конкретной группы параметров (электромагнитных измерений).

В известной донной станции [9] предусмотрена возможность регистрации не только электромагнитных колебаний, но и сейсмических. Однако из-за большого количества выступающих конструктивных элементов станции ее эксплуатация на морском дне отягощена влиянием подводных течений и сложностью ее установки на дно с выполнением требований по обеспечению ее необходимой ориентации.

Известны также способы размещения сейсмических приемников в отработанных скважинах месторождений (авторское свидетельство SU №1389473, 30.04.1995 [14], Л.И. Лобковский, Д.Г. Левченко, А.В. Леонов, А.К. Амбросимов / Геологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий. - М.: Наука, 2005, с. 90-91 [1]).

Однако сравнение сейсмических записей скважинных и донных сейсмометров не выявило убедительных преимуществ скважинных сейсмометров и, несмотря на существенные затраты времени и средств, пока не оправдывает возлагаемых надежд.

Кроме того, безопасность эксплуатации инфраструктуры подводных месторождений также будет зависеть от степени сейсмической опасности конкретного района в процессе эксплуатации крупного нефтегазового месторождения по мере изменения сейсмической обстановки, которая может изменяться вследствие нарушения тектонического равновесия при извлечении больших масс добываемого продукта.

Известен также способ обустройства морских глубоководных нефтегазовых месторождений (патент RU №2383683, 10.03.2010 [15]), заключающийся в сооружении ряда морских стационарных платформ, подводных донных комплексов, подводных внутрипромысловых и магистральных трубопроводов, емкостей хранения продукции скважин и отгрузочных установок, при этом часть платформ выполняют в подводном исполнении с закрепленным ко дну опорным блоком, верхний габарит которого располагают ниже уровня воды на величину наибольшего габарита прохождения подводной части айсберга, по крайней мере одну из платформ выполняют в ледозащитном исполнении, 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 выполняют с автоматизированной атомной электростанцией, предназначенной для энергетического обеспечения технологических подводных платформ, а блок-модули технологических платформ выполняют с сепарационными установками, с компрессорным и насосным оборудованием, с автоматизированной системой управления и 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.

При этом платформы в подводном исполнении конструктивно и технологически соединяют между собой электрическими кабелями и трубопроводами для конденсата и газа, энергетический блок-модуль с автоматизированной атомной электростанцией выполняют в подводном исполнении с возможностью опускания и расположения непосредственно на морском дне, часть платформ в подводном исполнении может быть оборудована вертикальной колонной, которую устанавливают относительно опорного блока с возможностью перемещения и опускания ниже габарита прохождения подводной части айсберга и оснащают специальными камерами и оборудованием для соединения с подводными модулями платформ.

Известный способ [15] обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с аналогами, однако безопасность эксплуатации инфраструктуры подводных месторождений также будет зависеть от степени сейсмической опасности конкретного района в процессе эксплуатации крупного нефтегазового месторождения по мере изменения сейсмической обстановки, которая может изменяться вследствие нарушения тектонического равновесия при извлечении больших масс добываемого продукта, что известным способом [15] не обеспечивается.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей известных способов обустройства морских глубоководных нефтегазовых месторождений с одновременным повышением надежности строительства и эксплуатации и снижением стоимости капитальных и эксплуатационных затрат при обустройстве морских глубоководных нефтегазовых месторождений и повышением эксплуатационной безопасности морских терминалов по добыче подводных залежей углеводородов.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе обустройства морских глубоководных нефтегазовых месторождений, заключающемся в сооружении ряда морских стационарных платформ, подводных донных комплексов, подводных внутрипромысловых и магистральных трубопроводов, емкостей хранения продукции скважин и отгрузочных установок, при этом часть платформ выполняют в подводном исполнении с закрепленным ко дну опорным блоком, верхний габарит которого располагают ниже уровня воды на величину наибольшего габарита прохождения подводной части айсберга, отличающемся тем, что по крайней мере одну из платформ выполняют в ледозащитном исполнении, 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 выполняют с автоматизированной электростанцией, предназначенной для энергетического обеспечения технологических подводных платформ, а блоки-модули технологических платформ выполняют с сепарационными установками, с компрессорным и насосным оборудованием, с автоматизированной системой управления и 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, дополнительно выполняют регулярное глубинное сейсмическое зондирование в районе терминалов по добычи подводных залежей углеводородов путем пассивного зондирования морского дна, путем использования техногенных шумов в качестве зондирующих сигналов, регистрируют сигналы в диапазоне 0,01-500 Гц, анализируют микросейсмические колебания земной коры для установления границ наведенной сейсмичности.

Отличия предлагаемого технического решения заключаются в сверхширокой полосе регистрации 0,01-500 Гц, использовании техногенных шумов в качестве зондирующих сигналов.

При использовании предлагаемого технического решения обеспечивается возможность регистрации сигналов, обусловленных проседанием дна в месте добычи углеводородов. При интенсивной добыче наблюдается деформация (проседание) дна, изменение сейсмической активности в диапазоне от 0,01 Гц («ползущие» землетрясения) до 500 Гц (образование микротрещин в твердых породах дна).

В процессе эксплуатации меняется интенсивность добычи, зависящая от многих причин (давления на глубине, сейсмической активности, обводненности и др.).

Непрерывная сейсморазведка (доразведка) производится с целью уточнения границ месторождения, конфигурации слоев и др. в процессе эксплуатации, в том числе при подземных профилактических взрывах.

Необходимость проведения морской сейсморазведки нефтегазовых месторождений в шельфовой зоне северных морей и отсутствие российских эффективных сейсморазведочных средств определяет актуальность создания станций, обеспечивающих мобильную региональную сейсморазведку. Такие станции должны представлять собой технические устройства многократного использования на основе инфразвуковых приемников сейсмических колебаний, объединенных с аппаратно-программными средствами накопления и хранения информации, с обеспечением возможности работы как в открытом море с судов геофизической службы, так и при десантировании на ледовую поверхность.

Технология пассивного зондирования морского дна по результатам анализа микросейсмических колебаний Земной коры, порождаемых океаническими волнами, представляет новое направление в области сейсморазведки и поиска морских месторождений углеводородов на шельфе.

При этом обеспечиваются следующие технические характеристики по назначению:

Глубина зондирования структуры морского дна - до 8 км.

Глубины постановки придонной станции - до 400 м.

Угол наклона морского дна в местах постановки станции - до 20 град.

Время постановки одной станции - не более 2-х часов.

Вероятность правильного определения месторождений - не менее 0,75.

Сейсмологический мониторинг морского дна по технологии 3D.

Сейсмическая станция включает три взаимно-перпендикулярных сейсмических приемников с полосой пропускания 0,055-64 Гц, гидрофон, измеритель давления.

Сейсмическая станция, представляет собой многоканальные приемниками сейсмических сигналов, построенных на основе горизонтальных (типа СМ-5ВГ «Север-Юг» и СМ-5ВГ «Восток-Запад»), и вертикального велосиметра (типа CM-5B(Z), вертикального акселерометра (типа CM-5A(Z) и трехкомпонентного сейсмоакустического датчика (типа А1632), феррозондового магнитометра (типа LEMI).

В качестве сейсмических приемников могут быть также использованы геофоны типа HS - 1 фирмы «GeoSpace» с собственной частотой 4,5 Гц. В качестве цифрового регистратора сигналов может быть использован цифровой регистратор сигналов с динамическим диапазоном 140 дБ.

Сейсмические станции могут быть установлены на самоходные подводные платформы.

Способ реализуется следующим образом.

Посредством сейсмической станции выполняют регулярные глубинные сейсмические зондирования в районе терминалов по добыче подводных залежей углеводородов путем пассивного зондирования морского дна и последующего анализа микросейсмических колебаний земной коры.

Путем анализа по известным методикам устанавливают степень естественной и наведенной сейсмической активности региона. Выполняют доразведку месторождения в процессе эксплуатации. Оценивают зависимость производительности добычи от сейсмической активности. Уточняют границы месторождения, конфигурацию слоев и др. в процессе эксплуатации, в том числе при подземных профилактических взрывах.

Реализация предлагаемого способа обустройства морских терминалов по добыче подводных залежей углеводородов позволит уточнить степень сейсмической опасности конкретного района в процессе эксплуатации крупного нефтегазового месторождения по мере изменения сейсмической обстановки, которая может изменяться вследствие нарушения тектонического равновесия при извлечении больших масс добываемого продукта. Кроме того, появляется возможность проведения оперативного мониторинга окружающей среды в регионе эксплуатации морских терминалов.

Источники информации

1. Л.И. Лобковский, Д.Г. Левченко, А.В. Леонов, А.К. Амбросимов / Геологический мониторинг морских нефтегазоносных акваторий. - М.: Наука, 2005, с. 24.

2. Вяхирев Р.И., Никитин Б.А., Мирзоев Д.А. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений. - М.: Академия горных наук, 1999, с. 122, 19-47.

3. Патент RU 2349705 С1, 20.03.2009.

4. Патент RU 2378531 С1, 10.01.2010.

5. Патент RU 2078988 С1, 10.05.1997

6. Патент RU 2198260 С2, 10.01.2003.

7. Патент RU №2408764, 10.01.2011.

8. Патент WO №2009153530 А2, 23.12.2009.

9. Патент RU №2377606, 27.12.2009.

10. Патент RU №24890 U1, 27.08.2002.

11. Патент RU №54171 U1, 10.06.2006.

12. Патент US №6842006 В2, 11.01.2005.

13. Патент GB №2439378 А1, 22.12.2007.

14. Авторское свидетельство SU №1389473, 30.04.1995.

15. Патент RU №2383683, 10.03.2010.