Нефть является энергетическим сырьем номер один во всем мире, начиная с 1900-х годов. Почти все вещи вокруг нас имеют в своем составе нефтепродукты в том или ином виде.
Сегодня мы посетим музей нефтяной промышленности в городе Галвестон, штат Техас, и я кратко расскажу вам о процессе нефтедобычи и жизни скважины в процессе бурения, а так же затрону пару интересных, но малоизвестных моментов жизни в море.
1. В первую очередь скажу несколько слов о самом музее. Музей находится на списанной мобильной морской платформе с выдвижными опорами «Ocean Star». Собственно, это макет платформы.
- Сегодня очень много людей, по непонятной причине, ассоциирует слово нефть со словом бензин, но далеко не все знают, что нефтепродукты сегодня можно найти почти во всех вещах, которые нас окружают, и не только в вещах, а так же в лекарствах, в еде, и в бытовой химии. Лишь около 70% добываемой нефти уходит на производство энергии, остальные 30% превращаются в различные вещи вокруг нас. В данной экспозиции представлены вещи, содержащие в себе нефтепродукты.
-
Процесс добычи нефти начинается с сейсмической разведки. В море сейсмическая разведка проводится с помощью специальных кораблей, обычно водоизмещением до 3 000 тонн. Такие суда разматывают за собой сейсмические косы, на которых расположены гидрофоны (приемные устройства) и создают акустические волны с помощью источника колебаний (пневмопушки). Кому интересна жизнь на корабле и работа — смотрим крутое видео, тыц-тыц.
-
Ударные акустические волны отражаются от пластов земли, и возвращаясь к поверхности улавливаются гидрофонами. Кстати, сама коса буксируется со скоростью от 5 до 20 узлов, a обычная длина косы составляет 3-4 км, в транспортном состоянии косы хранятся на катушках внутри корабля.
-
Благодаря таким данным можно создать двухмерные и трехмерными сейсмические карты, на которых можно увидеть потенциальные резервуары с углеводородами.
-
На земле устанавливаются сейсмические косы с приемниками, а акустические колебания создаются с помощью взрывчатки или вот такие вибрационных машин.
-
После того, как потенциальный резервуар найден, приступают к бурению разведочных скважин. Процесс бурения — это комплексная работа, которая вовлекает в себя от 20 до 60-ти сервисных компаний.
-
Но до того, как установить буровую вышку в море, нужно подготовить площадку для нее, забить анкера (якоря) в морское дно и растянуть тросы крепления вышки (если вышка полупогружная). Этими работами занимаются специальные суда поддержки и водолазы.
-
Конечно, в реальности такие суда выглядят несколько отлично от макетов по размерам и представляют собой огромные баржи-деревни, с «населением» до 100 человек.
-
Без водолазов такое дело не обходится. Вот в таких костюмах дайверы способны производить работы на глубине до 100 метров. Для работы на больших глубинах, костюмы водолазов немного видоизменяются.
-
И становятся вот такими. В таком скафандре водолаз способен производить работы на глубине до 1000 метров. Это
модельный ряд осень-зимакостюм модели 1978 года. Кстати, плюс таких костюмов заключается в том, что водолаз не чувствует давления, т.к. внутри такого скафандра поддерживается нормальное атмосферное давление, таким образом экономится масса времени на подъеме и спуске дайверов к месту работы. На своей спине водолаз может переносить с собой различные инструменты.
-
Что же делать, если нужно работать над трубопроводом на глубине двух километров? Не беда, на такой случай в арсенале нефтяников есть целый отряд различных роботов. Такой робот может работать на глубине до трех километров и имеет на себе все необходимое оборудование. И может находится на глубине в течении нескольких дней.
-
Затем морскую вышку транспортируют к месту её установки при помощи морского буксира, если место бурения расположено недалеко от береговой черты, или вышку перевозят на судне-транспортере.
-
Морские платформы бывают различных видов: стационарные, свободно закрепленные ко дну, полупогружные, мобильные с выдвижными опорами. Далеко не все представляют масштаб буровых платформ, вот несколько интересных сравнений. Это модель основания платформы Bullwinkle, находящейся в Мексиканском Заливе. Высота основания платформы — 533 метра, из них 412 находятся под водой. Диаметр основных труб — 3 метра, площадь основания — 1.8 га, а площадь буровой палубы вышки — 3 350 метров. 28 свай были забиты через трубы основания на глубину 122 метров в морское дно для удержания конструкции от морских течений. Общий вес основания — 69 854 метрических тонн.
-
Полупогружные платформы имеют не меньшие размеры. Это нефтеперерабатывающая платформа Devils Tower, работающая в Мексиканском Заливе. Платформа работает на глубине 1 706 метров, производя около 90 000 баррелей нефти в сутки. Общая длина погружной части платформы составляет 267 метров. Для лучшей стабилизации вышки, в резервуарах платформы находится масло, обеспечивая сверхнизкий центр тяжести, делая вышку очень устойчивой к штормовым волнам и ураганным ветрам в море.
-
Сравнение буровых платформ с известными зданиями в мире.
-
После установки буровой платформы, начинается проходка ствола скважины посредством разрушения горных пород долотом. Скважина проходится не на «одном дыхании», как многие думают, а в несколько этапов.
-
Бурение так же может осуществляться буровым судном. Судно в процессе бурения имеет несколько преимуществ, но главное — мобильность, после бурения судно может быть легко заменено платформой переработки. Буровые суда способны производить брение на глубине до 3 700 метров, а 6-8 винтов подруливания сохраняют судно точно на позиции по координатам спутника, с точностью до полуметра. Состав команды обычно насчитывает 150-200 человек.
-
С каждым этапом бурения диаметр долота меняется на меньший, в каком-то смысле скважина — это матрёшка.
-
Сначала самым большим долотом проходится верхний участок скважины, который называется направление, обычно его диаметр от 16 до 34 дюймов, а глубина проходки около 50-100 метров.
-
Данный забой предотвращает размыв скважины, а так же позволяет установить превентор. После проходки бурильная колонна поднимается, а в скважину опускается обсадная труба, затем затрубное пространство цементируется. О цементаже расскажу чуть ниже.
-
После этого уже меньшим долотом проходится и осаживается кондуктор, затем промежуточная или техническая труба, и наконец эксплуатационная колонна. К моменту бурения эксплуатационной колонны долото обычно имеет диаметр 12.25, 8.75 или 7.875 дюйма. Как я упомянул выше, на каждом этапе осадки труб происходит цементаж затрубного пространства. Делается это по нескольким причинам: во-первых, чтобы естественные жидкости не «гуляли» вверх-вниз по затрубному пространству. Мало кто знает, что обычно на глубине более 1 500 метров вода становится соленной и с примесями сероводорода, поэтому смешивание такой воды с чистыми подземными источниками нежелательно. Во-вторых, цемент предохранит колонну от коррозии и давления пластов, таким образом значительно продлевается жизнь колонны.
-
Существует много способов и видов цементирования скважин, но все они по сути сводятся к одному. С помощью специальных цементных компрессоров цементный раствор подается в обсадную колонну, а затем давлением «продавливается» вниз, и попадая в затрубное пространство через забой скважины, цемент начинает подниматься теперь уже наверх, цементируя и изолируя обсадную колонну. Собственно вот так выглядит миксер и помпа подачи цементного раствора к устью скважины.
-
А это цементный «поросенок» или заглушка. Его сбрасывают в скважину перед цементажем, затем сверху начинает подаваться цементный раствор, после чего, когда поросёнок достигнет дна забоя, он откроет путь цементному раствору, который пройдет через поросенка в затрубное пространство. В конце цементажа в скважину кидают еще одного поросенка для очистки стенок и замены цементного раствора внутри обсадной трубы буровым раствором (белая масса внизу — это цемент). Благодаря им цементный раствор сохраняется в чистом виде и не смешивается с буровым раствором. Наглядный ролик-анимация о цементаже — тыц-тыц.
-
После того, как закончено бурение нефтяного пласта, бурильную колонну с долотом поднимают из скважины и проводят геофизический каротаж открытой скважины. Открытой, потому что в скважине пока ничего нет. Каротаж производят с помощью специальных подъемников, как мобильных, так и стационарных.
-
Во время каротажа в скважину на кабеле спускают геофизическую струну, которая состоит из различных инструментов (магнитных, радиоактивных, акустических и т.д.), и геофизики определяют различные характеристики пород (проницаемость, сопротивление, нефтенасыщенность и т.д.). Помимо прямых исследований пород проводятся вторичные, например определяется необходимый объем цемента для последующего цементажа скважины, или точно определяется глубина скважины и глубина предыдущей обсадной колонны.
-
Так же в процессе бурения могут браться пробы грунта для лабораторных исследований.
-
Они могут браться и в процессе каротажа с помощью геофизических струн.
-
Каротаж так же происходит после цементажа скважины для определения целостности цемента в затрубном пространстве. Вообще, современные инструменты способны сразу сказать, есть ли нефть в породах или нет, определить давление, взять пробы жидкостей и пород, составить трехмерную модель для последующего гидравлического разрыва пласта и сделать еще очень много немыслимых ранее вещей.
-
После осадки и цементажа эксплуатационной колонны, скважина полностью изолирована от внешней среды, как же тогда нефть попадает в скважину? На кабельном подъемнике в скважину спускают заряд со взрывчаткой, после чего на нужной глубине, определенной благодаря каротажу открытой скважины он детанируется. Взрывчатка создает отверстия в стальных трубах обсадной колонны, затем пробивает цемент и породы. Современная взрывчатка может пробить породы на глубину до 2 метров. Собственно, вышеописанный цикл представлен на этой картинке с подписями.
-
После того, как скважина пробурена, процесс не заканчивается, теперь нужно проложить трубопроводы к заводам. Этим занимаются специальные суда-трубоукладчики. На их палубе идет непрерывная сварка трубопровода, после чего готовый трубопровод опускается на дно моря. Кстати, не думайте, что сталь такая прочная, под своим весом она гнется как солома, и трубы с толщиной стенок в несколько сантиметров прогибаются очень легко.
-
За трубоукладчиком обычно ползет «копатель». Такой робот прячет уложенную трубу в траншею, как говорится, от греха подальше.
-
Ну а после того, как трубопровод уложен, его чистят перед запуском. Для этого используют другого поросенка, не путать с цементным поросенком. Такой поросенок выдавливается через трубопровод давлением воды, по пути он чистит трубу и проводит инспекцию швов и целостности труб.
-
Такие поросята «ползают» по трубам и в процессе эксплуатации трубопроводов, делается это для очистки труб от парафиновых отложений, их осмотра, смены типов жидкостей пропускаемых через трубы и многих других целей.
-
Помимо трубопроводов для работы скважин необходимо проложить большое количество кабелей связи и управления. Кабеля так же укладываются в трубах, как правило. Помимо кабелей проводится большое количество различных гидравлических линий коммуникации и отапливающих линий с паром. На морском дне довольно холодно, и без отопления гидравлика может замерзнуть, поэтому рабочую температуру механизмов поддерживают при помощи пара.
-
Кабель связи в разрезе. Один метр такого кабеля, в зависимости от материалов и комплектации, может стоит до $2 000. Весьма дорогое удовольствие.
-
После того, как скважины пробурены, буровая платформа заменяется плавучим судном или вышкой хранения и переработки нефти.
-
Такое судно или платформа подсоединяется к скважинам пробуренным на дне моря, после чего проводят очистку сырой нефти от примесей и осуществляет отгрузку готовой продукции в танкера или подает нефть на заводы через трубопроводы.
-
Все это выглядит примерно вот так.
-
Так выглядит перерабатывающая платформа. Это модель платформы Harvest. Кстати, на вышках все трубы окрашиваются не произвольно, цвет труб ассоциируется с типом жидкости. Белые трубы — воздушные, черные — канализация, желтые — газ, золотые — нефть, зеленые — буровой раствор, и т.д..
-
Бурение — очень дорогое удовольствие. Я уже как-то писал цены, но повторюсь еще раз (примерные цены за сутки работы):
— $7 000 — судно доставки персонала на вышку или с вышки;
— $40 000 — судно снабжения;
— $50 000- буксир;
— $77 000 — баржа поддержки, с краном;
— $160 000 — морская платформа с выдвижными опорами;
— $314 000 — морская платформа, свободно закрепленная ко дну;
— $480 000 — буровое судно.
- Ну и еще несколько интересных моментов. Очень многие говорят об опасности разлива нефти при бурении. Я с такой точкой зрения не совсем согласен. Начиная с 1975 года, бурение в Мексиканском Заливе имеет рейтинг безопасности 99.999%, т.е. лишь только 0.001% добытой нефти был разлит в море. Всего за период с 1993 года по 2007 был зафиксирован 651 разлив, общим объемом 47 800 баррелей, при добычи 7.5 миллиардов баррелей. Иными словами, разливы нефти в заливе ничтожны малы в сравнении с добытым объемом.
-
Еще один момент. Телепортация с палубы корабля на палубу морской платформы происходит вот в такой корзинке, которая поднимается краном. Если вы думаете, что вам придется сидеть внутри — вы ошибаетесь. Сидеть, точнее висеть, вам придется снаружи корзинки, а внутри будут лежать ваши вещи. Делается это для безопасности, чтобы в случае обрыва корзинки, вы не запутались в сетке и не утонули.
-
Время от времени меня спрашивают в комментариях о прочности крепления буровых труб, это разрез крепления буровой трубы диаметром 5.5 дюймов. Как правило, резьбовое крепление намного прочнее самой трубы, и в случае чего, труба «разорвется» не в месте крепления.
-
Стена почёта. Может быть кто-то из читателей найдет тут свою компанию.
Оригинал: mechanismone.livejournal.com/21083.html