Освоение шельфовых месторождений

ОСВОЕНИЕ шельфовых месторождений

Лекция №1. Введение. Современное состояние освоения морских месторождений.

 

Постепенное истощение запасов  нефти и газа на суше и обострение мирового энергетического кризиса  обусловило необходимость все более  и более широкого освоения нефтегазовых ресурсов морского  дна в недрах которого сосредоточено почти в 3 раза больше нефти и газа, чем на суше.

Около 22% площади Мирового океана (примерно 80,6 млн7 км²) занимает водная окраина материков, состоящая из трех зон: шельфа, материкового склона и подножья. Из общей площади дна морей  и океанов  перспективны на нефть и газ около 75 млн. км² (примерно 21 %), в том числе на шельфе 19,3 млн. км², на материковом склоне  20,4 млн. км² и в пределах материкового подножья -35 млн. км². Наиболее доступной является шельфовая зона.

Под шельфом ( анг. Shelf)  понимается выровненная часть подводной окраины материков с незначительным уклоном,  примыкающая к суше и характеризующаяся общим с ней геологическим строением. Глубины у внешней границы шельфа  обычно составляют 100-200 м, но в отдельных случаях достигают 1500-2000 м (Южно-Курильская котловина Охотского моря). Ширина шельфа лежит в пределах от 1 до 1700 км (Северный Ледовитый океан), составляя в среднем  65-70 км, а общая площадь - около 32 млн. км² или почти 11,3 % поверхности Мирового океана. Основная часть площади шельфа Мирового океана (примерно 70%) располагается на глубинах, не превышающих 180 м, а глубина моря  в районе перехода  шельфа  в материковый склон колеблется от 200 до 600 м. 

На рисунке 1 представлен профиль  континентального шельфа. За береговой  линией 2 следует континентальный шельф 3, за кромкой 4 которого начинается  континентальный склон 5, спускающийся в глубь моря. За подножьем 6 склона находится область отложения  осадочных пород, так называемый континентальный подъем 7,  уклон которого меньше, чем у континентального склона.  За континентальным подъемом начинается глубоководная равнинная часть 8 моря.

                               Рис.2-Профиль континентального шельфа.

    

Изучение показало, что глубина  кромки шельфа по всему земному шару, составляет примерно 120 м, средний уклон  континентального шельфа  -1,5-2 м на 1 км.

По прогнозам специалистов  свыше 60% площади шельфа  перспективны на нефть и газ.  При этом прогнозируемые  ресурсы и запасы, выявленные  в месторождениях газа и конденсата, преобладают над  соответствующими ресурсами и запасами нефти.

Освоение морских месторождений  началось   в 1824г., когда на шельфе  Апшеронского полуострова в районе  Баку в 25-30 м от берега  стали сооружать изолированные  отводы – нефтяные колодцы, и вычерпывать нефть  из неглубоко залегающих горизонтов. Нефтегазовые месторождения в прибрежной зоне  Каспийского моря  начали осваиваться  еще более 100 лет назад. С 1891 года в США стали продаваться участки моря, на дне которых были обнаружены  запасы углеводородного сырья. В эти же годы на Калифорнийском побережье началось бурение наклонных скважин, достигающих залежей нети на расстоянии 200 м от берега. В 1936 г. на шельфе Каспийского моря,  а с 1947г. на шельфе Мексиканского залива стали устанавливать буровые платформы на свайном основании.

В настоящее время на шельфе эксплуатируется  достаточно большое количество  буровых установок  различного типа. Ежегодно бурится около 1000 поисково-разведочных и примерно 2000 эксплуатационных скважин. Всего же в мире пробурено более 100 000 скважин.

 Россия в настоящее время  находится на пороге промышленного  освоения запасов  нефти и  газа на континентальном шельфе. Она располагает 22 % площади шельфа Мирового океана,  80-90% из которого считаются перспективными  для добычи углеводородов.. Около 85 % запасов топливно- энергетических ресурсов приходится на шельф арктических морей, 12 %, а по некоторым данным  14 % приходится на шельф дальневосточных морей, а остальное на шельфы Каспийского, Азовского и Балтийского морей.

Наиболее перспективной по запасам  углеводородов является акватория  Западной Арктики, включающая регионы  Баремского, Красного и Печорского морей. В последние годы здесь выявлены крупные структуры и открыто 10 месторождений нефти и газа и 2 газоконденсатных, среди которых 4 гигантских по запасам: Штокмановское-газоконденсатное, Ленинградское, Русановское- газовые и Приразломное- нефтяное.

Мировые запасы нефти оцениваются примерно в 90 млрд. тонн. Наибольщее запасы нети находятся в Саудовской Аравии, Кувейте, Иране, Ираке, США, Объединенных  Арабских Эмиратах. В России впервые нефть начали добывать  на Кавказе, позднее были открыты месторождения нефти в Поволжье, Западной Сибири, Темано-Печорской провинции, на Сахалине. Теперь на очереди Восточный Сибирь и континентальный шельф морей.

В 40-х гг. ХХ в. на шельфе Каспийского  моря  началась добыча  нефти и  газа с искусственных насыпных островов, а затем – с металлических эстакад , что обеспечило добычу  нефти с глубин моря от 0,2 до 2,9 м. На Каспии был создан целый город  буровиков и добытчиков нефти и газа – Нефтяные Камни.

Существенно доля морской нефтегазодобычи  в общемировом балансе стала  проявляться  лишь  в  60-е гг. ХХ в. Рост морской нефтедобычи в настоящее время более  чем в 5 раз превышает  динамику роста  добычи на суше ( таблица 1).

 

Таблица 1

                Доля морской нефтедобычи в  мировом балансе

Доля добычи	1960 г.	1970 г.	1976 г.	1980 г.	1985 г.	1995 г.	2005 г	2020 г (прогноз)
% млн. т.	8 -	16 373	16,5 469	22,9 683	30 750	28 700	40 1000	65 *

 

Главные ресурсы нефти и газа также расположены в Атлантическом и Индийском океанах. В начале 70-х гг. нефтегазодобычу  в морях  и океанах вело 21 государство, геофизические и буровые работы  осуществляли  46 стран и 5  готовились к ним.  В начале 80-х гг. более 100 стран участвовало в освоении континентального шельфа, 37 из них вели разработку морских месторождений нефти и газа. Поисками  морских месторождений  и их разработкой в начале 90-х гг. занимались  уже 136 компаний  и фирм  из 118 государств.  В эти годы  добыча нефти  и газа на континентальном шельфе  Мирового океана достигла 900 млн. т.  условного топлива ( в пересчете на нефть, где  1 т нефти равна 1200 м³ газа) в год и составила около 35 % мировой добычи.

 В настоящее время  более  120 государств вовлечены в работы  по освоению углеводородных ресурсов  на континентальном шельфе.  На  шельфах  морей  и океанов  выявлено  около 2000 месторождений  нефти и газа, значительная часть  которых может быть отнесена к гигантским  или крупным (рис. 2).

 

    

             

Рис.2-Морские месторождения нефти  и газа в мире (без России).

1-добыча на шельфе малым числом  скважин; 2- зоны промышленной  добычи; 3- перспективные районы добычи.

 

Наиболее богатыми нефтью и газом  участками континентального шельфа Мирового океана являются Персидский (более половины общемировых запасов  нефти), Мексиканский и Гвинейский  заливы, моря Юго-Восточной Азии, Бофорта  и Северное, морская лагуна Маракайбо (Венесуэла).

На них приходится большая часть  запасов нефти и газа континентального шельфа. Открыты крупнейшие в мире морские  месторождения нефти  – Саффания с запасамим, оцениваемыми в 5 млрд.т, и с годовым дебитом 75,5 млн. т (Саудовская Аравия); лагуна Маракайбо с запасами, превышающими 7 млрд. т, и газа –Норз Доум  с запасами 71 трлн. м³ ( Катар). В настоящее время все масштабнее развертывается морская нефтегазодобыча в Карибском море, в Мексиканском заливе, у берегов Саудовской Аравии и Кувейта,  в Северном  и Норвежском  морях, на шельфе Аляски и других морских акваториях.

Контрольные вопросы:

1. Что такое шельф?

2. Когда началось освоение морских месторождений?

3. Сколько государств в настоящее время вовлечены  в работы по освоению углеводородных ресурсов на континентальном шельфе?

4. Из каких зон состоит водная  окраина метериков?

5.Какие участки континентального  шельфа Мирового океана являются  наиболее богатыми углеводородами?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция №2. Особенности разработки морских нефтяных и газовых месторождений.

 

Континентальный шельф, или  материковая отмель, в геологическом  отношениии

топографическом отношении представляет собой продолжение суши в сторону  моря. Это зона  вокруг континента от уровня малой воды до глубины, на которой резко меняется уклон дна. То место, где это происходит называется кромкой континентального шельфа. Обычно кромку условно распологают  на глубине 200м , но известны случаи, когда резкое увеличение уклона происходит на глубине более 400м или менее 130м . В тех случаях, когда зона ниже уровня малой воды крайне нерегулярна  и в ней встречаются глубины, намного превыщающие типичные для континентального шельфа, применяют термин «бордерленд».

Как показывает опыт освоения нефтегазовых ресурсов шельфов морей и океанов, несмотря на большие  капитальные вложения  добыча углеводородного сырья из морских месторождений дает значительную выгоду. Прибыли от продажи нефти и газа, добытых на шельфе, прекрывают  расходы в 4 раза. Затраты на поисково-разведочные  работы в акваториях составляют от 10до 20 % от общих щатрат на освоение морских месторождений.

Общие капитальные вложения в разработку морских месторождений нефти  и газа зависят от климатических  условий, глубины и отдаленности месторождение от береговых баз обслуживания, от извлекаемых запасов  месторождения, дебитов скважин, и наконец  от научно-технического прогресса в области автоматизации всего процесса бурения, обустройства морских промыслов, добычи, промыслового сбора, подготовки и транспортировки нефти и газа в морских условиях.

К особенностям освоения морских нефтегазовых месторождений можно отнести следующие:

• создание, с учетом суровых морских гидрометереологических условий6 специальных гидротехнических сооружений  новых плавучих технических средств (плавувучих крановомонтажных судов, судов обслуживания, трубоукладочных барж и других специальных судов) для геофизических , геологопоисковых  работ и строительства нефтепромысловых объектов на море  и их обслуживания в процессе обустройства, бурения , эксплуатации и ремонта скважин,  а также при сборе  и транспорте  их продукции;
• бурение наклонного-направленного куста  скважин  с индивидуальных стационарных платформ, с приэстакадных площадок, на исскуственно создаваемых островках, с самоподьемных  и полупогружных плавучих установок и других сооружений как над водой, так и под водой.
• выбор при проектировании наиболее рациональной для данного месторождения или залежи сетки скважин, которая должна иметь такую плотность, чтобы не требовалосьее уплотнения, так как оно в морских условиях связано с чрезвычайно большгими трудностями из-за  уже существующей системы обустройства месторождения  и сети подводных коммуникаций, когда размещение новых гидротехнических сооружения для бурения дополнительных скважин может оказаться невозможным.
• выбор рациональных конструкций и числа  стационарных платформ, приэстакадных площадок, плавучих эксплуатационных палуб  и других сооружений для  размещения на них оптимального числа  скважин ( в зависимости от залегания пластов, сроков проводки скважин, растояние между их устьями , их дебитов, ожидаемых при имеющихся устьевых давлениях, и т.д.).
• соответствие долговечности и надежности гидротехнических  и других сооружений  срокам разработки нефтяных и газовых  месторождений т.е. периоду максимального  извлечения нефти из залежи и всего месторождения в целом.
• Форсирование строительства скважин созданием надежной техники и прогрессивной технологии для бурения наклонно-направленных прицельных скважин с необходимым отклонением от вертикали и обеспечением  автономности работы буровых бригад ( чтобы их работа не зависела от гидрометеорологических условий моря) в стесненных  условиях платформ, приэстакадных и других площадок, что позволяет  за короткий  срок завершить разбуривание  всех запроектированных скважин и только после этого приступить к их освоению, исключая необходимость в одновременном бурении и эксплуатации скважин.

 

Факторы, осложняющие  разработку морских месторождений

Существует множество  различных факторов, так или иначе осложняющих разработку залежей природных углеводородов и снижающих ее эффективность. Последнее в гораздо большей степени относится к нефтяным, нежели к газовым и газоконденсатным месторождениям. Наиболее важными из таких факторов являются:

• неоднородность фильтрационно-емкостных свойств залежи по простиранию и вкрест простиранию;
• неблагоприятное соотношение подвижностей фильтрующихся в пласте фаз;
• гравитационное разделение фаз, приводящее к преимущественной фильтрации газа по верхней части пласта, и воды по его нижней части;
• образование водяных и газовых конусов.

Все эти факторы, проявляющиеся  отдельно или вместе, приводят к  низкому макроскопическому (т.е. проявляющемуся в пределах всей залежи) охвату пластов  воздействием и, как следствие, к  низкой нефтеотдаче. Другим фактором, влияющим на нефтеотдачу, является эффективность вытеснения нефти водой. Этот фактор часто называют микроскопическим коэффициентом охвата.

Образование целиков нефти (т.е. зон, из которых нефть практически не вытесняется) часто связано с процессом вытеснения нефти водой или газом из неоднородных по проницаемости пластов. Этот эффект существенно возрастает в случае вытеснения высоковязких нефтей, при котором неблагоприятное соотношение подвижностей вытесняющей (вода, газ) и вытесняемой (нефть) фаз становится более очевидным. Неоднородность пласта по проницаемости при этом приводит к образованию так называемых языков обводнения, которые, обходя участки пласта с низкой проницаемостью, оставляют за собой зоны с нефтенасыщенностью, существенно выше остаточной, и потому называемые целиками.

Образование водяных и газовых конусов.

В условиях статического равновесия, т.е. до начала процесса вытеснения, газ, нефть и вода в пластах распределены в соответствии с их плотностями. В случае наличия свободного газа он располагается в верхней части структуры, образуя так называемую газовую шапку, за которой следует нефтенасыщенная часть пласта или нефтяная зона, подстилаемая подошвенной водой.

В процессе добычи это равновесие нарушается из-за создания градиентов давления, принимающих особенно высокие значения в призабойной зоне добывающих скважин. Наличие высоких градиентов давления приводит к изменению формы условных границ разделов фаз (т.е. водо-нефтяного и газо-нефтяного контактов), заставляя их изгибаться в сторону перфорационных отверстий скважины, через которые осуществляется добыча. При превышении градиентами давления (или перепадом давления между скважиной и пластом) определенного уровня может наступить прорыв воды и/или газа в скважину, в результате которого дебит нефти может резко сократиться, а добыча газа и/или воды стать неоправданно большой. Рис. 3 может служить в качестве иллюстрации подобного процесса образования водяного конуса.